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5G 開發(fā)和部署正在加速，尤其是在亞洲。現(xiàn)場(chǎng)各種試驗(yàn)正在進(jìn)行中，產(chǎn)品組件即將推出，測(cè)試涵蓋的范圍不止一種。那么，有哪些挑戰(zhàn)以及生態(tài)系統(tǒng)是如何形成的?接下來，我們一起來探討。

如果說機(jī)器人技術(shù)和蜂窩通信似乎是一對(duì)奇怪的伙伴，那是因?yàn)榈谖宕鸁o線技術(shù)5G是第一個(gè)通過無線方式解決此類應(yīng)用需求的技術(shù)，而不是像前幾代一樣只是提高數(shù)據(jù)速率和擴(kuò)大覆蓋范圍。這一雄心勃勃的標(biāo)準(zhǔn)被全球電信業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)稱為IMT-2020，它將徹底改變蜂窩網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方式、它們可以連接的設(shè)備、它們運(yùn)行的頻率以及它們服務(wù)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

第五代無線技術(shù)將為新一代機(jī)器人鋪平道路，其中一些機(jī)器人可以通過無線而非有線通信鏈接自由漫游，并利用云計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)資源。憑借這些功能，機(jī)器人可以近乎實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)精確控制，并在本地和全球范圍內(nèi)與人和機(jī)器連接。簡(jiǎn)而言之，5G 將全面支持諸如“未來工廠”之類的應(yīng)用，以及許多以前超出蜂窩和機(jī)器人技術(shù)能力范圍的應(yīng)用。

但是，他們還需要人類嗎?

如今，圍繞機(jī)器人以及它們將如何與人工智能(AI)一起統(tǒng)治世界，有很多爭(zhēng)議，其中一些涉及人類命運(yùn)的相當(dāng)嚴(yán)峻的未來。機(jī)器人的擁護(hù)者認(rèn)為，機(jī)器人是人類的補(bǔ)充，而不是取代人類，而且機(jī)器人還能完成一些人類不擅長(zhǎng)的功能。另一方面，一些人認(rèn)為機(jī)器人可以在制造業(yè)和其他行業(yè)取代人類，從而減少數(shù)以百萬計(jì)的工作崗位。機(jī)器人最終是否會(huì)看不起人類還有待觀察，但5G幾乎肯定會(huì)讓它們比以往任何時(shí)候都更高效地工作，為更多的應(yīng)用服務(wù)。

機(jī)器人在制造業(yè)中已經(jīng)無處不在，其中汽車行業(yè)可能是最明顯的例子。其他關(guān)鍵應(yīng)用示例包括工業(yè)和醫(yī)療。 5G 中的創(chuàng)新將進(jìn)一步擴(kuò)展其能力，因此有必要擴(kuò)展對(duì)機(jī)器人的真正定義。例如，自動(dòng)駕駛汽車是機(jī)器人，執(zhí)行來自大量傳感器的指令以做出決策和執(zhí)行功能，而且比人類更準(zhǔn)確、更可靠、更快。無人機(jī)和其他無人駕駛車輛也屬于這一類。

要理解5G和機(jī)器人之間的協(xié)同作用，沒有比醫(yī)療保健更好的例子了，在醫(yī)療保健領(lǐng)域，機(jī)器人具有巨大的潛力。在5G通信和云的幫助下，機(jī)器人不僅將執(zhí)行普通的功能，比如在醫(yī)院里把東西從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方，還將實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù)，即醫(yī)生遠(yuǎn)程安排手術(shù)，在本地由機(jī)器人執(zhí)行手術(shù)。早在 2001 年，內(nèi)分泌外科醫(yī)生 Jacques Marescaux在一次被稱為林德伯格行動(dòng)活動(dòng)期間，在距離約 6,200 公里的紐約市的一個(gè)控制臺(tái)上切除了一名法國(guó)斯特拉斯堡患者的膽囊時(shí)，首次證明了這一點(diǎn)。

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把時(shí)間向前推到2025年左右，想象一下一家醫(yī)院的手術(shù)室里擠滿了機(jī)器人和人類，他們通過5G和云與地球上任何地方的外科醫(yī)生進(jìn)行協(xié)調(diào)。他們可以得到一個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)的專家的幫助，這些專家可以提供他們的專業(yè)知識(shí)，所有這些都是實(shí)時(shí)的。盡管這看起來很奇妙，但這只是個(gè)開始：利用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和無處不在的云技術(shù)，應(yīng)該有可能將圖像掃描轉(zhuǎn)換成一個(gè)虛擬的、三維的(3D)病人的表現(xiàn)。

使用這種“數(shù)字克隆”，外科醫(yī)生將在一個(gè)或多個(gè)機(jī)器人執(zhí)行實(shí)際手術(shù)的同時(shí)，在患者的虛擬化上遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)手術(shù)。由于骨骼、組織和器官都會(huì)有不同的“感覺”，因此醫(yī)生將擁有觸覺但虛擬的“體驗(yàn)”。遠(yuǎn)程手術(shù)的全面措施可能在十年內(nèi)不會(huì)成為現(xiàn)實(shí)，但隨著 5G 和機(jī)器人技術(shù)的成熟，它將繼續(xù)分階段推進(jìn)。

那么，為什么不是現(xiàn)在?

除了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手術(shù)和其他下一代機(jī)器人應(yīng)用所需的機(jī)器人和整個(gè)“生態(tài)系統(tǒng)”仍處于起步階段這一事實(shí)之外，當(dāng)前的 4G 網(wǎng)絡(luò)根本不具備使它們成為可能所需的特性。也就是說，由于它們需要幾乎瞬時(shí)的響應(yīng)時(shí)間，因此必須將稱為延遲的指標(biāo)降低到前所未有的水平。延遲基本上是指在通信鏈路中的一個(gè)點(diǎn)啟動(dòng)輸入與從另一點(diǎn)以無錯(cuò)誤輸入返回之間的時(shí)間跨度。低延遲對(duì)于未來機(jī)器人技術(shù)的高可靠性以機(jī)器為中心的通信至關(guān)重要。

當(dāng)前的 4G 長(zhǎng)期演進(jìn) (LTE) 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的往返延遲約為 50 毫秒，但為了支持機(jī)器人等應(yīng)用，5G 標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識(shí)到需要<1 毫秒，這是一項(xiàng)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。與將延遲降低到如此微小的水平相比，5G 的其他承諾優(yōu)勢(shì)(例如云計(jì)算和提高數(shù)據(jù)速率)相對(duì)“簡(jiǎn)單”，因?yàn)樗媾R著不變的物理定律。

要理解這一點(diǎn)，請(qǐng)考慮真空中的電磁輻射速度為 3 x 108m/s。由于地球的大氣層不是真空，因此由于大氣空氣，這個(gè)最高速度會(huì)略微降低。然而，由于進(jìn)一步的考慮，包括光纖、地面和衛(wèi)星通信鏈路以及信號(hào)必須通過的電子設(shè)備和互連，其傳播速度會(huì)大大降低。結(jié)果是 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)之間的物理距離越短，延遲時(shí)間就越短。這就是 5G 打算如何實(shí)現(xiàn)將這一指標(biāo)降低到<1 毫秒的目標(biāo)。

5G 將要求共同構(gòu)成云的數(shù)據(jù)中心的數(shù)量在地理上大幅擴(kuò)展，因?yàn)橐粋€(gè)位置的數(shù)據(jù)中心可能與大多數(shù)其他位置相距太遠(yuǎn)，無法將延遲時(shí)間減少到可接受的水平。這種擴(kuò)展與大于 1Gb/s 的數(shù)據(jù)速率和新蜂窩頻率的使用(比目前使用的頻率高一個(gè)數(shù)量級(jí))相結(jié)合，將成為使 1 至 100 公里的距離覆蓋不到 1 毫秒的延遲的基本要素。

工廠，重新構(gòu)想

5G 將在創(chuàng)建未來工廠方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，這是另一個(gè)延遲小于 1 毫秒的應(yīng)用。與云中幾乎無限的處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)相結(jié)合，5G 通信將使下一代制造環(huán)境中的機(jī)器人能夠比現(xiàn)在做更多的事情。機(jī)器人將能夠在它們自己和工廠員工之間交換大量信息，與其他支持 5G 的設(shè)備(如可穿戴設(shè)備)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí) (AR) 等技術(shù)一起徹底改變“車間”。

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工程師可以控制和檢查智能工廠中的自動(dòng)化機(jī)器人

由于機(jī)器人將變得可移動(dòng)并能夠與人互動(dòng)，因此在提高產(chǎn)品質(zhì)量和操作員安全性的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)吞吐量的顯著增加。為了在整個(gè)重新構(gòu)想的工廠中保持極低的延遲，有必要嚴(yán)重依賴網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的邊緣計(jì)算。邊緣計(jì)算為實(shí)際應(yīng)用程序所在的網(wǎng)絡(luò)“邊緣”帶來了智能和功能，類似于分布式計(jì)算幾十年前所實(shí)現(xiàn)的。

田野中的機(jī)器人

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機(jī)器人通過 5G 和基于 GPS 的地理定位的“解綁”將使它們能夠執(zhí)行今天不可能實(shí)現(xiàn)的功能。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人可以在田間漫步，監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)條件，并將視頻和其他傳感器信息發(fā)送回幾乎位于任何地方的計(jì)算機(jī)，甚至可以執(zhí)行噴灑、修剪和收割等活動(dòng)。一家名為 FFRobotics 的公司開發(fā)了一種所謂的新鮮水果機(jī)器人收割機(jī)，它將機(jī)器人控制與圖像處理軟件算法相結(jié)合，使其能夠找到和區(qū)分可銷售和損壞的產(chǎn)品以及既不成熟也不壞掉的水果。

一種稱為高通量植物表型 (HTPP) 的技術(shù)結(jié)合了遺傳學(xué)、傳感器和機(jī)器人，可用于開發(fā)新的作物品種，以及提高營(yíng)養(yǎng)成分和對(duì)環(huán)境條件的耐受性。這將通過使用機(jī)器人上的傳感器來測(cè)量各種特征并將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)送回幾乎可以位于任何地方的科學(xué)家進(jìn)行分析來實(shí)現(xiàn)。正在開發(fā)其他機(jī)器人來種植和跟蹤種子，以提高人們現(xiàn)在從事的農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)的許多其他方面的效率。未來，許多可能會(huì)由遠(yuǎn)程控制的機(jī)器執(zhí)行。

總結(jié)

重要的是要記住，5G不會(huì)在一夜之間改變機(jī)器人，因?yàn)閷?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的許多應(yīng)用和技術(shù)今天不是處于萌芽狀態(tài)，就是在開發(fā)中，或者只是在繪圖板上。相反，5G應(yīng)該被視為電信新時(shí)代的開始，首次完全實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和許多其他應(yīng)用。此外，移動(dòng)機(jī)器人要成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走，從制造業(yè)和生產(chǎn)到農(nóng)業(yè)、搜救行動(dòng)、廣泛的搜救行動(dòng)等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，可能還需要數(shù)年的時(shí)間。

5G 將需要在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)方面進(jìn)行大量創(chuàng)新，從毫米波通信系統(tǒng)的開發(fā)到軟件定義和虛擬網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以及使許多機(jī)器人在小范圍內(nèi)運(yùn)行的新無線接入方法互不干擾。隱藏在這一切之上的是延遲，研究人員必須找到一種方法將其降低到幾乎不重要的程度。