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5G 開發和部署正在加速，尤其是在亞洲。現場各種試驗正在進行中，產品組件即將推出，測試涵蓋的范圍不止一種。那么，有哪些挑戰以及生態系統是如何形成的?接下來，我們一起來探討。

如果說機器人技術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5G是第一個通過無線方式解決此類應用需求的技術，而不是像前幾代一樣只是提高數據速率和擴大覆蓋范圍。這一雄心勃勃的標準被全球電信業監管機構國際電信聯盟(ITU)稱為IMT-2020，它將徹底改變蜂窩網絡的建設方式、它們可以連接的設備、它們運行的頻率以及它們服務的應用，從而實現這一目標。

第五代無線技術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，并利用云計算和數據存儲資源。憑借這些功能，機器人可以近乎實時地動態精確控制，并在本地和全球范圍內與人和機器連接。簡而言之，5G 將全面支持諸如“未來工廠”之類的應用，以及許多以前超出蜂窩和機器人技術能力范圍的應用。

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)一起統治世界，有很多爭議，其中一些涉及人類命運的相當嚴峻的未來。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和其他行業取代人類，從而減少數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，為更多的應用服務。

機器人在制造業中已經無處不在，其中汽車行業可能是最明顯的例子。其他關鍵應用示例包括工業和醫療。 5G 中的創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，執行來自大量傳感器的指令以做出決策和執行功能，而且比人類更準確、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和機器人之間的協同作用，沒有比醫療保健更好的例子了，在醫療保健領域，機器人具有巨大的潛力。在5G通信和云的幫助下，機器人不僅將執行普通的功能，比如在醫院里把東西從一個地方轉移到另一個地方，還將實現遠程手術，即醫生遠程安排手術，在本地由機器人執行手術。早在 2001 年，內分泌外科醫生 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，想象一下一家醫院的手術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生進行協調。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：利用虛擬現實(VR)和無處不在的云技術，應該有可能將圖像掃描轉換成一個虛擬的、三維的(3D)病人的表現。

使用這種“數字克隆”，外科醫生將在一個或多個機器人執行實際手術的同時，在患者的虛擬化上遠程協調手術。由于骨骼、組織和器官都會有不同的“感覺”，因此醫生將擁有觸覺但虛擬的“體驗”。遠程手術的全面措施可能在十年內不會成為現實，但隨著 5G 和機器人技術的成熟，它將繼續分階段推進。

那么，為什么不是現在?

除了實現遠程手術和其他下一代機器人應用所需的機器人和整個“生態系統”仍處于起步階段這一事實之外，當前的 4G 網絡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時間，因此必須將稱為延遲的指標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的高可靠性以機器為中心的通信至關重要。

當前的 4G 長期演進 (LTE) 蜂窩網絡的往返延遲約為 50 毫秒，但為了支持機器人等應用，5G 標準認識到需要<1 毫秒，這是一項巨大的技術挑戰。與將延遲降低到如此微小的水平相比，5G 的其他承諾優勢(例如云計算和提高數據速率)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、地面和衛星通信鏈路以及信號必須通過的電子設備和互連，其傳播速度會大大降低。結果是 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 打算如何實現將這一指標降低到<1 毫秒的目標。

5G 將要求共同構成云的數據中心的數量在地理上大幅擴展，因為一個位置的數據中心可能與大多數其他位置相距太遠，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 的數據速率和新蜂窩頻率的使用(比目前使用的頻率高一個數量級)相結合，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，重新構想

5G 將在創建未來工廠方面發揮關鍵作用，這是另一個延遲小于 1 毫秒的應用。與云中幾乎無限的處理和數據存儲相結合，5G 通信將使下一代制造環境中的機器人能夠比現在做更多的事情。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 的設備(如可穿戴設備)和增強現實 (AR) 等技術一起徹底改變“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，因此在提高產品質量和操作員安全性的同時，還可以實現生產吞吐量的顯著增加。為了在整個重新構想的工廠中保持極低的延遲，有必要嚴重依賴網絡內的邊緣計算。邊緣計算為實際應用程序所在的網絡“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”將使它們能夠執行今天不可能實現的功能。例如，在農業領域，機器人可以在田間漫步，監測生長條件，并將視頻和其他傳感器信息發送回幾乎位于任何地方的計算機，甚至可以執行噴灑、修剪和收割等活動。一家名為 FFRobotics 的公司開發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合，使其能夠找到和區分可銷售和損壞的產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) 的技術結合了遺傳學、傳感器和機器人，可用于開發新的作物品種，以及提高營養成分和對環境條件的耐受性。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現發送回幾乎可以位于任何地方的科學家進行分析來實現。正在開發其他機器人來種植和跟蹤種子，以提高人們現在從事的農業和農業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行。

總結

重要的是要記住，5G不會在一夜之間改變機器人，因為實現這一目標的許多應用和技術今天不是處于萌芽狀態，就是在開發中，或者只是在繪圖板上。相反，5G應該被視為電信新時代的開始，首次完全實現機器人和許多其他應用。此外，移動機器人要成為一項成熟的技術還有很長的路要走，從制造業和生產到農業、搜救行動、廣泛的搜救行動等領域的大規模應用，可能還需要數年的時間。

5G 將需要在網絡的各個方面進行大量創新，從毫米波通信系統的開發到軟件定義和虛擬網絡架構，以及使許多機器人在小范圍內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。