2017 年春天，探险家兼机器人系统设计师 Vickie Siegel 在墨西哥南部一个潮湿的洞穴中探险时滑倒，导致膝盖肌腱撕裂。经过艰苦的自我救援并得到队友的帮助后，Siegel 飞回美国接受手术。正是在这段康复期间，她第一次听说龙之息洞穴——一个巨大的、充满水的洞穴，埋藏在非洲喀拉哈里沙漠的沙地之下。
“我偶然发现了一个关于非洲的 [纪录片] 系列，其中有一个关于龙之息洞穴的非常简短的片段，”她解释道。“它让我着迷……这是沙漠和海量水的惊人并置。” 尽管世界上一些顶尖的洞穴潜水员曾试图探究这个洞穴的深度，但他们一直未能完全探索其内部的广阔区域。
两年后，Siegel 与一群机器人工程师和潜水员一同抵达纳米比亚，亲自一探龙之息洞穴。但这次探险的探险者并非孤身一人——他们还带来了一架人工智能控制的水下无人机，用于绘制洞穴的轮廓图，以及纳米比亚另外两个深层洞穴潜水点。
在无人机的帮助下，这支队伍能够比以往任何人类潜水员都更远、更深入地探索这些被水淹没的洞穴。
深潜
自 1986 年探险家在龙之息洞穴发现世界上最大的地下湖泊之一以来，潜水员们一直在试图探索这个地下洞穴最远的部分。但一次又一次，这些尝试都因湖泊的巨大水深而受阻。
“世界上最好的洞穴潜水员 30 年来一直在试图到达 [龙之息洞穴和附近的洞穴] 的底部，”探险队负责人 Siegel 说。“但他们就是无法到达；它太大了。”
探险队希望看到的不仅仅是纳米比亚地下洞穴的朴素之美；他们希望利用这些偏远地区作为新一代自主水下航行器的试验场。
探险队负责人 Vickie Siegel 和机器人专家 Josh Moor 在纳米比亚 Tsumeb 重新组装 SUNFISH 水下无人机。（来源：美国深洞探险队 / Kasia Biernacka）
美国深洞探险队 / Kasia Biernacka
在过去的十年里，Siegel 一直担任位于德克萨斯州奥斯汀的机器人公司 Stone Aerospace 的现场运营总监。该公司的大部分工作致力于开发自主机器人，以帮助 NASA 探索我们的太阳系。该公司已经提出了多种机器人和探测器的设计方案，可以探索覆盖在木卫二等太阳系天体厚冰层下的区域。这些冰冻的卫星被认为是我们在星系中寻找生命的最佳地点。
“我们现在才刚刚开始看到我们称之为‘真正的人工智能’进入探索领域，”探险队的首席技术官兼 Stone Aerospace 的首席执行官 Bill Stone 说。“甚至超越了目前火星上‘好奇号’探测器所做的工作。”
这架名为 SUNFISH 的自主无人机不依赖 GPS、无线电或任何外部通信，而是使用声纳测绘传感器穿越未知区域——这就像蝙蝠使用回声定位一样。Stone 说，该机器人利用其传感器反馈来指导基于行为的算法，这些算法模仿了人类的探索和决策方式。此外，该机器人还能够生成这些水下地点的详细 3D 地图。
SUNFISH 机器人与一名潜水员在龙之息洞穴深处对视。（来源：美国深洞探险队 / Jason Gulley）
美国深洞探险队 / Jason Gulley
“在这种情况下，我们面临着终极的未知，”Stone 说。“我们甚至没有轨道观测站或卫星图像，就像 [火星] 探测器一样……这是测试 [无人机] 的地方；把它放在一个完全未知、非结构化的环境中。”
机器人辅助的冒险家
抵达纳米比亚后，探险队的第一站是 Guinas 湖，这是一个露天溶井——本质上是一个天然的落水洞，当洞穴顶部坍塌时形成，暴露了下面的地下水。
在 2019 年 8 月之前，没有人知道 Guinas 湖在地下有多深、有多远。无人机测绘显示该湖深超过 400 英尺。（来源：美国深洞探险队 / Kasia Biernacka）
美国深洞探险队 / Kasia Biernacka
Stone 解释说，这个地点的最大谜团，与其他洞穴潜水地点一样，是潜水员不知道湖面以下的真实情况。由于 Guinas 湖的深度过大以及水下压缩的危险，人类潜水员在到达底部之前被迫浮出水面。
但 SUNFISH 生成的地图能够描绘出更清晰的画面。无人机测定该溶井呈沙漏状，底部长度接近 1000 英尺，宽度为 575 英尺，深度为 435 英尺。
该组织的下一个目的地是 Harasib，靠近 Guinas 湖，这是一个崎岖的竖井，下方有一个充满水的竖坑。该团队不得不使用绞车将设备降低到竖井下方 320 多英尺处，而探险者则使用绳索下降。一旦到达水面，无人机就紧贴着洞壁安全下降。
SUNFISH 机器人在 Harasib 竖井入口处下降。（来源：美国深洞探险队 / Kasia Biernacka）
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“它会移动，然后进行一次回旋，扫描 [周围环境]——然后它会停下来思考一下下一步应该移到哪里，”Siegel 说。
“看到这台漂亮的小橙色机器人，在蓝色的水中进行回旋，真是太不可思议了，”她补充道。
SUNFISH 能够超越之前潜水员的局限，首次绘制出竖井的完整结构。利用实时导航，无人机发现了一个巨大的走廊，宽度为 260 英尺，高度约 330 英尺。之后，它又向前延伸了近 1000 英尺，到达了一个巨大的腔室尽头——水下深度超过 800 英尺。
进入龙之息
SUNFISH 无人机绘制龙之息地下湖部分区域的地图。（来源：美国深洞探险队 / Kasia Biernacka）
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最后，一行人抵达了龙之息洞穴。这个洞穴的名字来源于从竖井开口处升起的水蒸气。在洞穴的深处，是世界上最大的一些非冰川形成的地下湖泊之一。
“这是一个可以令人难以置信地下降的地方，”Siegel 说。“我们知道，与 Guinas 湖一样，在湖面下，墙壁会向外扩张并打开。”
在机器人首次通过时，SUNFISH 绘制了湖泊的周边墙壁，创建了一张地图，描绘了一个深邃隧道的横截面，宽 575 英尺，高近 200 英尺。回到隧道后，机器人终于到达了洞穴的尽头。此时距离水面已超过 670 英尺。
一个月多的探险结束后，该团队绘制了龙之息洞穴、Guinas 湖和 Harasib 的完整 3D 地图。Siegel 和 Stone 表示，这些地图可能会被希望了解干旱地区独特水文地质的地质学家和资源管理者使用。此外，它们还可以作为潜水员探访该地点的宝贵导航工具。
SUNFISH 的成功甚至可能成为未来星际探索的试运行，例如在围绕木星的卫星之一——木卫二的冰层下寻找生命迹象。
Guinas 湖的这张初步 3D 地图显示了 SUNFISH 自动生成的原始数据云。地图上的每个点都是使用声纳生成的，并与飞行器的位置和方向相关联。（Stone Aerospace，德克萨斯州奥斯汀）
“整个项目都展示了我们在完全非结构化环境中，向真正自主和人工智能行为逐渐过渡的进展，”Stone 说。“我们正在谈论的载具将进入人类从未见过的地方。”
“而这正是 SUNFISH 第一次做到的，”他补充道。“它探索了我们这个星球内部一个完全未知的地方，超出了人类曾经到达的范围。”
