作者：Barry ManzBarry Manz 贸泽电子
机器人和蜂窝通信两个看似无关的技术，在第五代无线技术（5G）出现后有了关联，因为与前几代不同，5G不只是提高数据速率和扩大覆盖范围。为此，国际电信联盟（ITU）制定了一个称为IMT-2020的全球规范，它将彻底改变蜂窝网络的搭建方式、连接设备、运行频率，以及应用范围。
第五代无线技术将为新一代机器人的发展铺平道路，让未来机器人可以通过无线而非有线通信链路自由漫游，并利用云计算和数据存储的海量资源。借助于这些功能，几乎可以实时地对机器人进行精确的动态控制，在本地和全球范围内实现人机交互。简而言之，5G将能够支持“未来工厂”，以及以前通过蜂窝通信和机器人无法实现的许多应用。
人为干预的必要性
近期就机器人技术及其如何与人工智能（AI）一起统治世界的问题存在很多争议，同时还引发了对人类命运的担忧。拥护者们认为机器人只是起到辅助作用，执行一些人类不太擅长的任务，而不会取代人类。另一方面，有些人认为将来制造业的工作可能会被机器人取代，数百万人将面临失业威胁。机器人最终是否会取代人类还有待考察，但几乎可以肯定的是5G会让机器人工作效率比以往任何时候都高，应用更广。
机器人在制造业得到了广泛应用，尤其是汽车、工业和医疗行业。5G技术创新将进一步拓展机器人应用范围，因此也需要相应地重新定义机器人的概念。比如，自动驾驶汽车就是一种新型机器人，它需要根据大量传感器指令做出决策并执行相应操作，而且有可能比人类更精确、更可靠、更快速。此外，旋翼机和其他无人驾驶飞行器也是一种新型机器人。
机器人在医疗保健行业的巨大潜力，使之成为了解5G与机器人技术之间协同关系的最佳途径。机器人在5G通信和云技术的帮助下，不仅能执行常规操作（比如在医院内将物品从一个地方转移到另一个地方），而且还可实现远程手术，即医生在远程操控，而由机器人在本地执行手术。2001年内分泌外科医生雅克·马雷斯科在与患者相距约6,200公里的纽约市，对法国斯特拉斯堡医院的一名患者进行了胆囊切除手术，这个被命名为“林德伯格手术”的就是世界上首个成功案例。
想象一下到2025年时，医院手术室内只有机器人和患者，而外科医生可以在地球上的任何位置，通过5G技术连接云端实施远程手术，而且还可以寻求异地专家协助，实时提供专业知识。这虽然看起来很神奇，但仍只是一个开始，将来还可借助于虚拟现实（VR）和云端技术，将影像扫描结果显示为三维（3D）虚拟模型。
利用“数字克隆”技术，外科医生将可以在一个或多个机器人执行实际手术的同时，在病人的虚拟模型上远程操控手术。医生将获得虚拟的触觉“反馈”，因为骨骼、组织和器官都会有不同的“触感”。虽然无法在十年内实现全方位的远程手术，但随着5G和机器人技术的日趋发展，将会分阶段推行。
现在的制约因素
除了实现远程手术和其他应用所需的机器人和整个“生态系统”仍处于初级阶段之外，目前的4G网络也根本不具备实现这些操作的能力。也就是说，由于这些应用需要即时响应，因此对延迟的要求也非常高。延迟是指从通信链路中的某一点输入到从另一点返回无误输入之间的时间跨度。低延迟对于以机器为中心进行高可靠通信的未来机器人而言非常重要。
目前的4G长期演进（LTE）蜂窝网络的往返延迟约为50ms，但为了实现机器人等应用，要求5G技术能将延迟缩短到1ms以内，这是一个巨大的技术挑战。云计算和提高数据速率这些特性很容易实现，但要解决延迟问题，则需要挑战物理定律。
要理解这一点，首先需要知道电磁辐射在真空中的传播速度是3x108m/s，在空中传播时，由于受到大气层的影响，这个速度会有所下降。此外，信号传输时还会经过光纤、地面和卫星通信链路以及电子和连接设备，传播速度将会大大降低。因此要想减少延迟，就必须缩短A B两点之间的物理距离，这就是5G能将延迟缩短到1ms以内的奥秘。
5G将要求以比较集中的方式形成云的数据中心数量大幅扩张，并分布在一定的地理范围内，因为某一位置的数据中心可能离大多数其他位置很远，无法将延迟降低到可接受范围内。这种扩张，再加上大于1Gb/s的数据速率和新的蜂窝频率（比目前使用的频率高一个数量级），将能够在1至100公里的范围内实现小于1ms的延迟。
颠覆想象的未来工厂
5G将在打造未来工厂方面发挥关键作用，这是需要小于1ms延迟的另一个应用案例。结合云计算几乎无限的处理和数据存储能力，5G通信将让机器人能在下一代制造环境中执行更多的操作，比如机器人将能够与员工交换大量信息，与其他5G设备（如可穿戴设备和增强现实（AR）等技术）结合颠覆你对常规“车间”的认知。
随着能够与人互动的移动机器人的出现，在提高产品质量和操作人员安全的同时，应能显著提高生产能力。颠覆想象的未来工厂中保持非常低的延迟，必须高度依赖网络中的边缘计算。边缘计算在实际应用所处网络的“边缘”提供智能服务以及其他功能，类似于几十年前的分布式计算。
农场机器人
借助于5G技术和GPS定位系统，“无束缚”机器人将可执行今天不可能完成的任务。例如，农业机器人可以在田间行走，监测农作物生长状况，将视频和其他传感器信息发送回位于任何地方的计算机，甚至还能执行喷洒、修剪和收割等工作。一家名为FFRobotics的公司开发了一种新鲜水果收割机器人，它将机器人控制与图像处理软件算法相结合，能够发现并区分可销售和损坏的农产品以及尚未成熟或腐烂的水果。
一种称为高通量植物表型（HTPP）的技术结合了遗传学、传感器和机器人技术，可用于开发新的作物品种，以及改善营养成分和环境条件耐受性。这需要通过机器人身上安装的传感器来测量各种特性，并将结果反馈给任何地方的科学家们进行分析。目前还在开发种植和跟踪种子的机器人，以提高农业生产效率和人们现在所从事的其他工作的效率。在未来，还有很多工作都能通过遥控机器来完成。
作者简介
Barry Manz 是ManzCommunications（曼兹通信公司）的总裁，他曾与100多家公司在射频、微波、国防、测试和测量、半导体、嵌入式系统、光及其它市场进行过合作。他是电子防御期刊、军用微波文摘的编辑，是微波和射频杂志的主编。
Paul Golata于2011年加入贸泽电子（Mouser Electronics），担任高级技术资讯专员（Senior Technical Content Specialist）。Golata主要负责推动先进技术产品的战略实施、战术执行、整条产品线和市场营销方向的成功。Golata通过撰写内容新颖且实用的技术文章为设计工程师提供最新技术信息，帮助贸泽电子成为大家最青睐的分销商。
在加入贸泽电子之前，他曾在Hughes AircraftCompany、Melles Griot、Piper Jaffray、Balzers Optics、JDSU 和 Arrow Electronics担任过各种职务，涉足的领域包括制造、市场营销和销售。Golata知识渊博，曾获得位于伊利诺州芝加哥市的 DeVry Institute of Technology学院的电子工程（BSEET）学位、位于加利福尼亚州马利布市的Pepperdine University大学的MBA学位以及位于德克萨斯州沃斯堡市的Southwestern Baptist Theological Seminary神学院的神学硕士学位。
原文链接：
https://www.mouser.cn/applications/robotics-and-5g/
该发布文章为独家原创文章，转载请注明来源。对于未经许可的复制和不符合要求的转载我们将保留依法追究法律责任的权利。
