未来人类火星旅行计划或将通过元宇宙实现 | 李檬相对论

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举报 2022-08-25

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最近，《时代》杂志的元宇宙新封面掀起一阵波澜，关于3D互联网重塑现代生活的讨论多了起来。根据美国证券交易委员会（SEC）报告，在2022年前6个月，Metaverse一词在监管文件中出现了1100多次，说明元宇宙对于现代经济的重要性已经被充分关注。

可能还有人觉得，元宇宙是未来技术，有很多地方不成熟，我们更应该关注现实世界的问题。但我认为，在不断进化的3D数字世界中，或许虚拟和现实的界限正在逐步变得模糊。

要解决未来的问题，首先不能因当下的技术条件而限制我们的想象。正如埃隆·马斯克现在做的很多事，就没有局限于今天的技术，而是着眼预判20年后会发生哪些事，立足未来然后再往回看，为了迎接未来我们还需要准备哪些条件，开发哪方面技术，投资什么基础设施建设，因此，给未来做准备的人往往更能赢得当下。

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假设，20年后人类一定会登陆火星，那么，需要准备的技术条件就是要先去修建好火星基地，提高太阳能的利用率，需要各种新能源技术和产品。向外太空运输物资，传统的运载火箭成本太高了，那就先研制可以多次重复使用的火箭。

不过，近年来探索火星除了有火箭、飞船和机器人，还有没有成本更低、时效更高、参与度更广，以及更环保的方式实现呢？我认为，新的思路开始出现了，那就是“元宇宙”。

很多人认为，元宇宙只是一种新的数字化的体验容器，是互联网创新乏力的当下，人们对于下一代互联网、对于一个未来数字世界的共同想象。但是，我更看好元宇宙未来的技术整合与场景应用，我甚至思考，元宇宙或许会加速实现人类”火星旅行“的计划。

什么是人类科技的本质？是组织信息，调动能量，改变自然现象，满足人的需求。

当今热度最高的6大创新赛道——云计算、人工智能、元宇宙、Web3、脑机融合、量子计算，无疑都是更高密度的信息组织，做到了更高效率的资源调度。眼下气势如虹的新能源电动车，早已不是简单的动力设备，更多是一种信息产品。

为什么说元宇宙会加速人类火星旅行的进程？因为信息换能量的创新趋势必将长期延续，在未来的火星开发、深空探索中，很多非常重要的工作环节完全可以在元宇宙的场景中进行，这并非要求人类要亲自到达火星，而是将火星旅行的体感传输到地球。

元宇宙的底层技术早已应用在宇宙探索

很多人觉得元宇宙还很科幻，距离现实世界还很遥远，其实不是这样的。即使在最严肃、最考验成熟技术的航空航天领域，元宇宙的很多底层技术也已经有了成熟应用。

比如，构建元宇宙的一个关键技术——数字孪生，中国航天科技集团的车工就利用这个技术对火箭进行超高精密加工。简而言之，就是把现实世界的加工对象，像孪生兄弟一样在数字世界里建一个一模一样的模型。现实世界里很难做的事，你就切换到数字世界里去看它的孪生兄弟。未来的元宇宙场景里，也许可以做到一架样机都不生产就直接生产商用飞机，因为有数字化的手段去完成所有的测试、仿真，把复杂度极高的飞机还原出来。

又比如，构建元宇宙的另一关键技术——全息传送，2021年10月，美国宇航局（NASA）的飞行外科医生Josef Schmid博士成为了第一位从地球“全息传送”至太空的人类。这一次，NASA使用的设备是微软的Hololens Kinect摄像机，以及一台装有Aexa Aerospace定制软件的个人电脑。全息传送作为一种捕捉技术，可以重建、压缩和实时传输高质量的人体3D模型。微软HoloLens混合现实头显允许传输3D情景，允许使用者观看、听到并与远程参与者互动，就像实际上在同一个物理空间，地面上的外科医生和空间站里的宇航员可以实现3D零距离互动。

3D全息成像技术看起来很神奇，带给人们很多想象空间，比如你可以把远方的爸妈马上“带”到身边，你可以看到“影像”中物品的每一个细节，这就对建筑设计、家居设计、服装设计等等行业再现了远处真实的场景。这个“科幻技术”什么时候发明出来的？你肯定难以想象。3D全息技术所依赖的原理是在1947年由英国物理学家丹尼斯·伽柏提出的，远远早于这项技术被完全开发利用的时间，而伽柏也由于这项工作获得了诺贝尔物理学奖。今天喜欢玩二次元的年轻人，常常自己给自己构建一个不存在、无法触及的社会。元宇宙的场景中，你可能挥一挥手，就出现一个真实的平行世界，山和海，人和物，宇宙与星辰，以及各种故事，它们是虚拟的，但是在你我眼中，几乎与现实世界无异。

我认为，元宇宙将是“一场伟大的整合式创新”。

2010年以来产生了无数创新技术：云计算、大数据，人工智能，区块链，VR/AR/MR，脑机接口......但是，这些技术缺乏一个大的框架。只有把这些创新技术整合在一起，作为一个整体概念、整体应用，才能真正实现可持续的创新突破。而元宇宙就是一个宏伟的架构，能够承载和容纳所有的创新技术。

以往类似的，但级别较小，位居产品和服务层级的，就是现在人人手里都有的智能手机，也是一种整合式创新。如早期的苹果iPhone，当年用到的技术都已不算前沿，比如多点触控技术，20世纪80年代就有了；钢化玻璃技术，美国康宁公司在20世纪60年代就已经研发出来了；以及可以嵌入触摸屏的软键盘技术、方便软件分发的App Store模式、ARM芯片技术、传感器技术、操作系统技术等等，乔布斯把这些技术和新的架构都集成在了一台手机上，而且使用户体验更加流畅。渐渐的，消费端的IT信息产业随之发生巨变。

元宇宙产业在大方向上也是如此，因为构建元宇宙的技术也都已经出现多年，比如UGC游戏、区块链、云计算、人工智能和VR/AR/MR（虚拟现实、增强现实、混合现实）等等，都在各自探索应用场景，彼此的交集并不多。随着元宇宙产业的初具雏形，这些发展成熟的创新技术开始进入一个能够彼此协同、相互渗透的新场景，一个不同以往的数字平行世界成为了这些创新技术融合的用武之地。

也许，元宇宙在民用消费领域还有待成熟，但是在火星开发、深空探索领域，元宇宙已经是一个非常好的选项。今年5月，NASA发布了一项挑战，吸引开发人员来帮助建造火星元宇宙环境，以达到训练宇航员的目的。这项挑战已经发布在Herox平台上，号召开发者帮助NASA构建虚拟现实资产和场景，供其用于火星表面活动的研究。

多年以前，埃隆·马斯克就提出要“让人类成为一个多星球物种”，其中要踏出的第一步，就是“把火星船票的价格从100亿美元一张降低到50万美元一张”。

不可否认，埃隆·马斯克旗下公司的具体做法还是卓有成效的。比如，通过自行生产绝大部分发射载具所需要的零件，而不是外包，SpaceX现在的发射成本要比行业很多公司低80%以上；SpaceX通过持续开发“火箭可重复利用技术”，也进一步降低了发射成本。

但是，物理设备的成本下降无疑是有极限的，况且，人类真到踏上火星征途的那一天，如何保证身体机能的正常也是非常大的一个挑战。

人类至今还没登陆火星，是因为一个问题一直没有得到解决，就是长时间的星际旅行，会让人体在微重力的环境下出现严重的失调。根据NASA的研究数据，进入太空24-36小时以后，宇航员的总血量就会减少20%。当宇航员回到地球时，他们会因为血压过低站不住，甚至晕倒。由于失重的环境下，宇航员的骨骼、肌肉会因为缺乏正常的锻炼而慢慢退化。电影《火星救援》中，男主角在返回地球时断了两根肋骨，就因为骨骼太脆弱了。没有了重力作用，人体脊柱中脊椎骨的压缩程度变小了，每一块脊椎骨之间的距离会稍微变长，宇航员的身高大概会被拉长7厘米。

马斯克让人类通过SpaceX的飞行器进入外太空，实现星际旅行和火星探索，而元宇宙可以把外太空的场景、科学实验等感官体验从宇宙传输回地球，两者的体验效果可能是一样的。如此一来，以上问题都可能会有好的解决。

如果你成功登陆火星，最想做什么？开荒、建基地，这些事情可以交给机器人完成；火星旅行，可以在元宇宙中1:1构造3D全息场景，体验效果是一样的。其中最难的就是做科学探索，因为实验数据必须是一手的，但这也是可以解决的。

一定要在火星的真实场景中进行的实验设计，只需发射一个带有AI智能的机械臂，火星上的AI机械臂可以透过元宇宙的3D网络连接，与地球上的实验室和科研设施进行联网，就像苹果的Siri，你问它天气怎么样？它会获取你所在的位置，发回服务器，查询服务器代理商对天气的预报，然后把这个信息反馈给你。

未来火星上的科研工作，可以不必真的派人上去，只需要对着语音助理说，我想做一个什么实验。那边会自动把实验流程分析完毕，然后把实验完成，直接生成一个数据报表给你。

现在，各个高校、各个国家、深海之下、宇宙之中的实验室和科研设施之间是独立的，就像一个一个分散的部落。而未来，全球的实验室和科研设施将通过元宇宙场景互通互联，科技研发的速度就会大大加快。线下的一切设备都是传感器，元宇宙里则有对应的控制器，虚实结合，人类攻克科学难题的速度也将大大加快。

火星旅行，完全可以基于信息换能量的思维，只需要向火星发射传感器和AI智能机械，有了好的数据收集和信息组织，剩下的，交给元宇宙就好了。

未来的火星旅行还可能是通过元宇宙实现

我认为，对于全世界任何能实现元宇宙整合式创新的产品，以及所有仰望星空、充满创造力的开发者而言，都有机会实现“元宇宙+火星旅行”这无比宏伟的愿景。面对前沿数字技术的集大成者，需要有深刻的创新和广泛的协作，以及全球的开发者和创新者携手努力，推动创新技术的有机整合和商业落地。

过去10年全球互联网创新的浪潮达到了新的高度，现代数字技术已经使全民开发火星成为可能。而且，火星开发已经不再只是一个由NASA这类机构主导的超级工程，而是可以成为类似电商、直播这样全民参与的商业行为。

文章开头提到的6大创新赛道中，云计算是目前最宽的数字化赛道，基于元计算赛道做产品，包括做软件、做内容或者广告、电商、游戏等，都非常容易触达用户，即使做硬件，背后服务你的供应链也很完整。云计算只是元宇宙基础设施构建的一部分，背后的赛道还非常漫长，包括脑机融合做的是感受体验的数字化，Web3.0做的是信任机制的数字化，人工智能做的是决策能力的数字化，量子计算实现了数字基础算力的进一步飞跃等等，都在从底层架构不同的生态位上赋能元宇宙“居住”体验的提升。

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长期看来，元宇宙场景会无限接近火星开发、星际旅行的数字体验需求，并且，在现有的科技条件下，数字世界里“造”火星已经可以做得非常好了。

1.场景构造方面

现在的数字计算机已经能够做到“光线追踪”了——它们可以计算出任何你想设计的虚拟物体散射的光线，从任意角度呈现出来。同样的，计算机还可以算出参考光和散射光汇合时产生的数字图样。这个合成的数字图样可以投影到透明的屏幕上，当从屏幕后方照光时，一个实际不存在的三维物体就有了立体图像。要是计算机够快的话，就可以连续改变图样，产生活动的三维立体图像。

2.触觉感知方面

大多数人还不知道的是，运用水凝胶新材料制作的触觉传感器，也可以给人带来非常逼真的“全体感”体验。2020年11月18日，全球顶级学术期刊《科学》的子刊《科学进展》上发表了一篇论文，显示中美顶尖科研团队已经合作攻克了这种在水凝胶基础上研发的触觉传感器，相信在可预期的未来，可以融入到元宇宙的数字系统中。

3.视觉感知方面

目前，央视已经有团队，使用了USD模型（Universal Scene Description，通用场景描述，最早来自动画公司皮克斯Pixel），完全基于科学计算，能够一比一对照真实世界的场景，比如火星车和探测器。他们可以从科工局拿到火星探测器的脱敏数据，即使资料只有一点云数据，也能运用Omniverse工具（Omniverse来自英伟达，可以让个人模拟制造出遵从物理规律的共享3D虚拟世界，USD是Omniverse的基础）基于点云数据形成带有拓扑的多边形模型，然后存储成USD变成数字资产，在元宇宙的场景制作中可以直接使用。

微软近年提出一种扩展现实（XR）概念，未来的身临其境，除了会有高保真的3D全息图像重现远方真实场景，以及AI设备现在具备的图像、语音功能，也许还会有嗅觉、味觉等更多感官信息功能。比如，元宇宙融入嗅觉传感器和脑机接口技术，能够使你闻到远方一瓶茅台酒的气味。

元宇宙场景中融合的诸多创新技术，可以带给用户极其逼真的“全景全体感”体验，元宇宙中的火星探索因此可以无限接近真实世界的景象变化。相信最终的这个效益会很大，除了降低成本和更加环保，还能提升全民参与火星开发的热情，未来数字世界里的火星探索可能会像现在的电商和直播那样，成为现代人生活方式的一部分。

当然，未来的信息技术架构也会发生革命性的深刻进化，不妨稍加想象，我们把SpaceX的火星基地做成一个高清晰度的3D全息模型，放到一张5米长的桌子上，大概需要100TB以上的数据。即使用现在设想中的6G技术来传，也要传十几分钟。所以，未来的通讯技术还需要重新设计基本架构，其超级安全性、隐私性和技术效率将是前所未有的。