幾個月前，美國宇航局NASA公布了下一代太空服，并宣布宇航員將在2024年重返月球時穿上它，這是該機構在月球表面建立人類永久定居基地計劃的一部分。艙外移動裝置（Extravehicular Mobility Unit，或稱xEMU）是NASA近40年來首次對太空服進行的重大升級，其設計目的是為了讓那些將大量時間花費在清理月球塵埃的宇航員提供方便。這將使他們能夠以以前無法實現的方式彎曲和伸展，輕松穿脫太空服，快速更換部件以獲得更好的貼合性，并且可以在幾個月內不需要維修。

但最大的改進并沒有在去年秋天的發布會上展示出來。相反，它們被隱藏在xEMU的便攜式生命支持系統中，這個Astro背包將太空服從一塊笨重的布料變成了一個個人航天器。它可以負責處理太空服的電力、通訊、氧氣供應和溫度調節，這樣宇航員就可以專注于重要的任務，比如用尿液混凝土建造發射臺。而宇航員生命維持系統的部分組件將首次由人工智能AI設計。

杰西·克拉夫特（Jesse Craft）是達拉斯一家大型工程公司Jacobs的高級設計工程師，該公司被NASA委托對xEMU生命維持系統進行改造。對于克拉夫特和其他數百名從事該項目的工程師來說，這需要在相互競爭的優先級之間進行謹慎的平衡。顯然，生命維持系統的首要任務是必須確保其安全性，但它也必須足夠輕，以符合月球著陸器的重量限制，并有足夠的強度來承受火箭發射期間的強大的重力和振動。“這真的是一個非常巨大的工程挑戰。”克拉夫特（Craft）對此表示。

在減少質量的情況下，將更多的東西擠進更小的空間，是航空航天工程師一直在處理的復雜優化問題。但美國宇航局（NASA）希望在2024年之前能夠登陸月球，而滿足這一雄心勃勃的時間計劃表，意味著克拉夫特（Craft）和他的同事們不能花數周時間討論每個部件的理想結構。取而代之的是，他們正在試驗一種新的人工智能（AI）設計軟件，該軟件可以快速地提出新的部件設計。

“我們認為人工智能（AI）是一種十分實用的技術，它能比訓練有素的人類做得更快、更好完成某些事情。”制造該軟件的美國公司PTC的技術副總裁杰西·科克斯-布蘭肯希普（Jesse Coors-Blankenship）繼續說道：“有些軟件技術是工程師已經熟悉的，比如結構模擬和優化。但有了人工智能（AI）之后，我們可以做得更快。” 這種工程方法被稱為生成式設計。其基本思想是向軟件輸入關于組件最大尺寸、必須承受的重量或將暴露在的溫度下的一系列要求，然后讓算法來計算其余的部分。

PTC的軟件結合了幾種不同的人工智能（AI）方法，比如GAN（生成式對抗網絡）和遺傳算法。GAN（生成式對抗網絡）是一種類似游戲的方法，其中兩個機器學習算法在競爭中互相對峙，以設計出最優化的組件。這和生成不存在的人像照片的技術是一樣的。相比之下，遺傳算法類似于自然選擇。它們產生多種設計，將它們組合起來，然后從新一代中挑選出最佳的設計，并以此重復。過去，美國宇航局（NASA）已經使用遺傳算法來設計最優的，但也是最奇怪的天線。

“機器的迭代過程比我們自己人類所能做的多100或1000倍，它能在我們的受約束條件下提出一個最為理想優化的解決方案。”克拉夫特（Craft）說。考慮到航天服生命維持系統的最終設計仍在不斷變化之中，這一點尤其有幫助。畢竟在一個產品的設計過程中，即使是對需求的一個很小改動，都有可能導致工程師們浪費數周的工作時間。

如今，工程師們開始使用人工智能（AI）所驅動的設計軟件，來重新設計從汽車底盤到椅子到公寓樓的一切。這些算法傾向于想象一些看起來既熟悉但又十分陌生的組件：它們有的蜂窩狀的、流動的或是有張力結構的，還有很多我們完全意想不到的結構。“我們正在使用AI來激發自己的設計靈感，”克拉夫特（Craft）說道：“我們對直角、平面和圓形尺寸有著不可逆轉的慣性偏見——這些都是你對人類設計的期望。但AI挑戰了我們固有的偏見，讓你看到了以前沒有看到的新解決方案。”

目前，人工智能（AI）負責制作的組件都相當普通。“我們仍處于早期的試驗階段，所以我們不會交付可能導致災難性故障的東西。”NASA機組人員和熱系統部門的機械設計師肖恩·米勒（Sean Miller）對現階段的試驗這么解釋到。相反，算法正在為系統構建更好的支架和支撐結構，以保證宇航員的生存。這可能不是最吸引人的人工智能應用程序，但它確實有效。AI已經能夠將某些部件的質量減少50%，當涉及到太空旅行時，每一克都是至關重要的。

“當NASA制定載人著陸系統的設定要求時，AI會為你能考慮到的每一個我們必須著陸的物體，并分配一定的質量。”米勒認為：“因此，任何哪怕是零點幾磅我們可以節省的地方，都會讓我們更接近我們所要求必須滿足的任務運行的重量限制。”

50年前，當NASA首次將人類送上月球時，AI對于計算機科學家來說還是一個遙遠的夢想。雖然現在我們可能還沒有人類月球基地，但有了AI的加持下，這似乎只是一個時間問題。