“智能飞行”离我们还有多远

陈少敏

人工智能是目前最吸引眼球的前沿科技，大多数人都相信它将改变世界，都相信科幻电影中那些酷炫的、无所不能的机器人将像人类一样遍布全球，并且成为人类的朋友，或者是敌人。

其实，科幻小说及电影中描述的人工智能被称为强人工智能（Artificial General Intelligence）。强人工智能是指在各方面都能和人类比肩的人工智能，人类能干的脑力活它都能干。电影《钢铁侠》中的贾维斯就是强人工智能的代表，作为钢铁侠的AI管家，贾维斯具有独立思考的能力，会帮助钢铁侠处理各种事务，计算各种信息，钢铁侠的机甲开发及方舟反应炉的更新都离不开它的协助。

许多人错误地认为，只有强人工智能才是人工智能。其实，我们日常生活中已经每天都在使用人工智能了，只是没有意识到而已。人工智能之父麦卡锡（John McCarthy）曾抱怨说：“一旦一样东西用人工智能实现了，人们就不再叫它人工智能了。”因为这种效应，所以人工智能听起来总让人觉得是未来的神秘存在，而不是身边已经存在的现实。

我们在日常生活中应用到的人工智能，通常被称为弱人工智能（Artificial Narrow Intelligence）。弱人工智能擅长于某一单一领域，比如横扫人类围棋高手的AlphaGo便是弱人工智能的代表，如果你要跟它比试一下星际争霸，那它就只能甘拜下风了。弱人工智能已经深入到我们生活中的方方面面：打开百度，搜索结果已经是经过人工智能优化排序的；拿起手机，基于人工智能的faceID验证了机主的身份；呼叫 Siri，人工智能识别出我们的语音，为我们设定闹钟、播放音乐等。

虽然目前的人工智能还属于弱人工智能，但它的发展速度非常快。随着数据的不断增加、算法的持续改进，人工智能已经逐渐改变了我们的生活。同样，人工智能也在改变着航空业。

智能驾驶

20世纪以来，人工智能在深度学习、强化学习等研究的推动下，得到了跨越式发展。随着AI技术在工业界的应用越来越广泛，商用飞机的系统化、信息化程度越来越高，一部分AI技术也扩展到商用飞机领域。据预测，到2030年，智能飞机将是服务于未来客户和市场需求的主要产品，将引领新一代商用飞机的技术升级。

智能驾驶技术是人工智能影响商用飞机发展的主要方向之一。近年来，一个由美国国防部高等研究计划署（DARPA）和极光公司共同开展的机器人项目，在模拟机飞行测试中，证明依靠AI技术的机器人可以安全自如地操纵飞机。

测试在美国沃尔普国家交通系统中心的一台波音737-800模拟器上进行。飞机驾驶舱的右侧驾驶员席位被“座舱中机组工作自动化系统”（ALIAS）项目开发的机械臂和机器视觉系统取代。

极光公司之前已经在钻石DA42、赛斯纳“大篷车”和贝尔UH-1上测试了ALIAS的相关组件。在737模拟器上的测试中，飞行员通过图形输入板及语音指令与ALIAS进行交互，飞行员不但可以通过面板控制ALIAS，还可以通过语音指挥ALIAS，例如告知其改变高度或方向等。

该系统在编程过程中就已将737机型紧急情况处理规程编入其中，机械臂对飞机的操纵是通过操作机舱内现有的旋钮、开关来完成的。机械臂的末端装有摄像头，用于确认其对飞机的操纵动作是否正确。

在模拟的飞行员无法完成飞行任务的情景中，ALIAS发起了将飞机降至10000英尺（3048米）高度的操作，目的是让飞行员从大脑缺氧的状况中恢复过来。在测试中，ALIAS通过飞行管理系统的键盘输入了空中盘旋的指令，直到飞行员醒来并执行飞行操作时结束。如果飛行员不进行输入操作，ALIAS将发起自动着陆操作，偏转襟翼、放下起落架，并在飞机触地后发出反推指令。

目前，波音已经收购了极光公司，积极布局机器驾驶领域。与此同时，空客也将研发单飞行员操控客机的自动化技术作为重要的发展目标，以期降低未来对飞行员的需求。

智能制造

100多年来，飞机装配生产技术经历了从手工装配、半机械/半自动化装配、机械/自动化装配到柔性化装配的发展历程。目前，国外先进飞机制造商正朝着智能装配的方向迈进，基于AI技术的机器人在这个过程中发挥了重要的作用。

空客公司已经确定在2020年前将优化7条装配生产线，主要优化手段之一就是增加自动化技术的应用。从2015年起，空客飞机生产线上机器人的数量就逐年增加，其中包括用于处理特殊工作的轻量化机器人、小型加工系统等。此外，空客还在生产线上采用了轻量化单臂机器人，它能够自主沿着飞机机身内部移动，实现结构支架的流水线安装。

波音启动了一个名为“机身全自动化制造工厂”的项目来展示其在智能工厂中提出的无工装工厂和可移动生产线的概念。在波音的设想中，飞机装配车间的地板以视频识别技术标识出6个装配单元，钻铆机器人、柔性简易工装都是可移动的，平时不使用的时候可以放置在等候区。中央控制台根据生产速度和订单分派任务，通过运送部件的自动引导运输车（AGV）控制工作和运动时间，AGV可以自主地根据任务在等候区和各单元之间搬运机器人和工装。

智慧客舱

如今，不少航空公司通过更新机上设施和客舱布局来提升旅客的飞行体验。从客舱体验的角度来看，通过在飞机座椅上增加相应的传感器，人工智能系统可以实时采集人体及客舱环境信息，分析乘客舒适度及客舱环境变化情况，为乘客提供更加舒适的飞行环境。

2014年，英国航空曾在伦敦至纽约航线上测试了一个名为“幸福毛毯”的设备。该设备通过可穿戴电子装置监测乘客大脑神经元中的脑电波活动，辨识出乘客的幸福感，并通过蓝牙传递到毛毯中的光纤，通过光纤的颜色反映出乘客的感受，蓝色为舒适，红色为焦虑。通过这项技术，航空公司采集了飞行中乘客幸福感的有关数据，并由客舱服务人员及时为乘客提供相应的服务，以提高飞行体验。

英国FliteTrak公司研发了一项名为ViatorAero的智能远程监控技术。通过安装在座椅上的传感器，ViatorAero可以实时监控客舱内的温度、湿度和空气质量，以确保乘客在长途飞行中始终处于较为舒适的环境中。

除此之外，人工智能还可以根据购票信息确认乘客身份，根据乘客过往的行为习惯、历史数据等重要信息构建用户画像，预测乘客需求，帮助乘客预定个性化客舱服务，如预估行李存储空间、提供定制化餐食、准备毛毯等机上用品、个性化机载娱乐节目等。

在人工智能的帮助下，航空公司还可以预测不同的航班上需要多少食品和饮料，尽量减少浪费，节约航班运营成本。一项研究报告显示，68%的航空公司计划在2020年采用基于人工智能技术驱动的客服机器人，乘客在飞行过程中，如果需要帮助，可以通过智能客服得到解答或者传递给机组人员，提高客舱服务的效率。

困难与挑战

虽然人工智能技术在航空领域的应用前景广泛，但是在机器驾驶等方面仍面临着巨大的困难与挑战。

首先是技术难度及采用新技术后的安全性问题。目前的人工智能技术被认为是“黑箱”算法，AI还无法向人们解释其做出某项决定的理由，这一特性使得AI在高安全机载系统上的应用充满阻碍，提高AI算法的可解释性可能是唯一的解决途径。

飞机不同于汽车，当采用机器驾驶技术时，并不仅仅是空间维度的增加，系统的高度复杂也大大提高了技术的难度。商用飞机的双驾驶员制是航空业内普遍认同的惯例，并已成为适航条款中的明确要求。在使用AI技术减少驾驶员数量的同时，如何对唯一的驾驶员进行监管，避免发生德国之翼4U9525航班和马航MH370航班的悲剧，需要通过技术手段解决。

其次是外在威胁的严峻性。飞机的智能化需要卫星及空地互联等通信手段提供支持，通信及信息的安全性存在严峻挑战，一个小小的漏洞可能就会给恐怖分子可乘之机。

最后是社会的接纳程度。目前，机长在飞行中对航空器和旅客的安全负有直接的也是最终的责任。社会是否可以接受由AI代替机长行使职责，谁来承担安全责任，法律法规如何据此来健全，这已经将问题上升到社会伦理乃至哲学的高度。从这个角度来说，也许无人驾驶汽车发展过程中所遇到的问题，可以为航空领域的相關从业者提供一定的借鉴。