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5G 開發(fā)和部署正在加速，尤其是在亞洲?，F(xiàn)場各種試驗正在進行中，產(chǎn)品組件即將推出，測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。

如果說機器人技術(shù)和蜂窩通信似乎是一對奇怪的伙伴，那是因為第五代無線技術(shù)5G是第一個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)管機構(gòu)國際電信聯(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、它們運行的頻率以及它們服務(wù)的應(yīng)用，從而實現(xiàn)這一目標(biāo)。

第五代無線技術(shù)將為新一代機器人鋪平道路，其中一些機器人可以通過無線而非有線通信鏈接自由漫游，并利用云計算和數(shù)據(jù)存儲資源。憑借這些功能，機器人可以近乎實時地動態(tài)精確控制，并在本地和全球范圍內(nèi)與人和機器連接。簡而言之，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，有很多爭議，其中一些涉及人類命運的相當(dāng)嚴峻的未來。機器人的擁護者認為，機器人是人類的補充，而不是取代人類，而且機器人還能完成一些人類不擅長的功能。另一方面，一些人認為機器人可以在制造業(yè)和其他行業(yè)取代人類，從而減少數(shù)以百萬計的工作崗位。機器人最終是否會看不起人類還有待觀察，但5G幾乎肯定會讓它們比以往任何時候都更高效地工作，為更多的應(yīng)用服務(wù)。

機器人在制造業(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)新將進一步擴展其能力，因此有必要擴展對機器人的真正定義。例如，自動駕駛汽車是機器人，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。無人機和其他無人駕駛車輛也屬于這一類。

要理解5G和機器人之間的協(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，機器人具有巨大的潛力。在5G通信和云的幫助下，機器人不僅將執(zhí)行普通的功能，比如在醫(yī)院里把東西從一個地方轉(zhuǎn)移到另一個地方，還將實現(xiàn)遠程手術(shù)，即醫(yī)生遠程安排手術(shù)，在本地由機器人執(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活動期間，在距離約 6,200 公里的紐約市的一個控制臺上切除了一名法國斯特拉斯堡患者的膽囊時，首次證明了這一點。

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把時間向前推到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)生進行協(xié)調(diào)。他們可以得到一個或多個地點的專家的幫助，這些專家可以提供他們的專業(yè)知識，所有這些都是實時的。盡管這看起來很奇妙，但這只是個開始：利用虛擬現(xiàn)實(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)生將在一個或多個機器人執(zhí)行實際手術(shù)的同時，在患者的虛擬化上遠程協(xié)調(diào)手術(shù)。由于骨骼、組織和器官都會有不同的“感覺”，因此醫(yī)生將擁有觸覺但虛擬的“體驗”。遠程手術(shù)的全面措施可能在十年內(nèi)不會成為現(xiàn)實，但隨著 5G 和機器人技術(shù)的成熟，它將繼續(xù)分階段推進。

那么，為什么不是現(xiàn)在?

除了實現(xiàn)遠程手術(shù)和其他下一代機器人應(yīng)用所需的機器人和整個“生態(tài)系統(tǒng)”仍處于起步階段這一事實之外，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的響應(yīng)時間，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點啟動輸入與從另一點以無錯誤輸入返回之間的時間跨度。低延遲對于未來機器人技術(shù)的高可靠性以機器為中心的通信至關(guān)重要。

當(dāng)前的 4G 長期演進 (LTE) 蜂窩網(wǎng)絡(luò)的往返延遲約為 50 毫秒，但為了支持機器人等應(yīng)用，5G 標(biāo)準(zhǔn)認識到需要<1 毫秒，這是一項巨大的技術(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(例如云計算和提高數(shù)據(jù)速率)相對“簡單”，因為它面臨著不變的物理定律。

要理解這一點，請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，這個最高速度會略微降低。然而，由于進一步的考慮，包括光纖、地面和衛(wèi)星通信鏈路以及信號必須通過的電子設(shè)備和互連，其傳播速度會大大降低。結(jié)果是 A 點和 B 點之間的物理距離越短，延遲時間就越短。這就是 5G 打算如何實現(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)量在地理上大幅擴展，因為一個位置的數(shù)據(jù)中心可能與大多數(shù)其他位置相距太遠，無法將延遲時間減少到可接受的水平。這種擴展與大于 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數(shù)量級)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)存儲相結(jié)合，5G 通信將使下一代制造環(huán)境中的機器人能夠比現(xiàn)在做更多的事情。機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)和增強現(xiàn)實 (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化機器人

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

田野中的機器人

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機器人通過 5G 和基于 GPS 的地理定位的“解綁”將使它們能夠執(zhí)行今天不可能實現(xiàn)的功能。例如，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，機器人可以在田間漫步，監(jiān)測生長條件，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算機，甚至可以執(zhí)行噴灑、修剪和收割等活動。一家名為 FFRobotics 的公司開發(fā)了一種所謂的新鮮水果機器人收割機，它將機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)、傳感器和機器人，可用于開發(fā)新的作物品種，以及提高營養(yǎng)成分和對環(huán)境條件的耐受性。這將通過使用機器人上的傳感器來測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)家進行分析來實現(xiàn)。正在開發(fā)其他機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，許多可能會由遠程控制的機器執(zhí)行。

總結(jié)

重要的是要記住，5G不會在一夜之間改變機器人，因為實現(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)該被視為電信新時代的開始，首次完全實現(xiàn)機器人和許多其他應(yīng)用。此外，移動機器人要成為一項成熟的技術(shù)還有很長的路要走，從制造業(yè)和生產(chǎn)到農(nóng)業(yè)、搜救行動、廣泛的搜救行動等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，可能還需要數(shù)年的時間。

5G 將需要在網(wǎng)絡(luò)的各個方面進行大量創(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)，以及使許多機器人在小范圍內(nèi)運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。