开启运输新纪元

自动驾驶技术以及汽车和航空航天领域的进步正在改变社会的运行方式。

运输技术的未来

道德机器1(MIT 媒体实验室正在进行的一项实验)抓住了自动驾驶汽车开发所面临的高难度问题的要害:事故的发生。人工智能 (AI) 如何做出既符合逻辑又兼顾道德的决策? 哲学上通常将其称为有轨电车难题。这是一个道德困境,在这一困境中,您必须采取行动,但无论怎样,您的行动都会带来死亡。您会怎样选择?

随着自动驾驶汽车的商用步伐越来越近,我们必须解决这类困境。道德机器给我们提出了下列问题:我们是否应该对 AI 编程,以优先拯救行人的生命? 还是乘客的生命? 还是更年轻的生命? 抑或是那些身居高位者的生命? 这类问题的答案往往因人而异、因不同文化而异。由于我们自身对这些问题没有一致的答案,所以也不应寄希望于对 AI 编程,以让它做出正确决策。

这等两难困境固然让人着迷,但在我们努力改变人和货物的运输方式期间,还有其他更紧迫的问题需要解决。解决这些挑战会让我们的社会更加美好,但要做到这一点,我们需要依靠大量的科技创新;这些科技创新往往杂乱无章,但化学有助为我们更好地梳理。

虽然算法挑战频被大量新闻报道,但自动驾驶汽车还需要重大的基础设施升级来维持正常运行。当然,最重要的一项基础设施就是道路本身:铺设良好的道路、清晰绘制的车道标识线(添加钛白粉后反射效果更出色)以及清晰易懂的标牌都是一个良好的开端。据 Motor Trend 报道,在美国总计 400 万英里的道路中,仅有 65% 的道路是铺设道路。2即使是铺设道路,也不乏需要进行修缮的路段。例如,CNBC 曾报道,康涅狄格州超过 73% 的道路状况较差或一般。3在纽约或巴黎等大城市或历史久远的城市中,路况会更加复杂;若考虑这一点,全球道路问题便会成倍增加。

 信息图表说明了历史上自动驾驶汽车的发展。

通信更快、燃料更优

我们还面临另一项基础设施挑战:通信。第一部 5G 手机刚刚上市,但要实现广泛、密集的 5G 信号覆盖,我们还需等待数年。5G 无线通信不仅速度快,而且低延迟。4简言之,延迟就是指从给定信号到获得响应所需的时长。无人驾驶汽车之间需要进行相互通信才能理解并协商彼此的行为,因此低延迟至关重要。无人驾驶汽车可能还需依赖支持 5G 的边缘计算。在边缘计算中,任务处理在 5G 基站(网络边缘)而非中心服务器完成,这样有助于提升路上所有无人驾驶汽车的决策速度。当然,所有这一切都依赖于新一代计算机芯片和优质布线。

如果我们不想用另一个环境问题代替原本的环境问题,那车辆本身也需要做出改变。在美国,运输车辆依然是二氧化碳排放的第一大来源。5为此,我们要做的首个改变就是减少车辆数量。这就是提供自动驾驶叫车服务的公司(如 Waymo)的用武之地。如果这些原型产品开始取代发达国家的汽车数量,并降低高速发展国家的汽车量增速,全球运输车队的能源效率便会得到提高。

若要迈向脱碳社会,即使的确发生上述情况(尤其是当其并未发生时),我们也必须改变驱动车辆的方式。电动汽车已变得稀松平常,随着电池技术的不断改进以及价格的持续降低,越来越多的消费者将会转而选择电动汽车。除非我们只想简单地将尾气排放转移到别处,否则电动汽车仍将需要可再生的清洁能源。考虑到大多数可再生能源均为间歇性能源,供电企业需要找到这些能源所产电力的储存方式。其中一个解决方案是液流电池,这种电池需依赖于 Nafion™ 等类似的离子交换膜。氢燃料电池技术同样依赖于离子交换膜,该项技术或许也可应用于电动汽车,尤其是当氢成为全球能源结构的组成部分时。6

提高航空领域的能源效率

氢燃料电池虽然也可减少飞机辅助动力装置的影响,但为飞行载具提供动力方面却不大实用。我们尚未拥有一项技术能够将足量氢气装入足够狭小超轻的空间,以使其适用于航空旅行。正如宾夕法尼亚大学能源研究教授 Karen Goldberg, Vagelos 所说:“飞机仍将长期使用液体燃料。”

那将是一个问题。美国去年碳排放量上升的部分原因就在于航空旅行。5若要继续更多次航空旅行,那就需要提高飞机的能源效率。“尽管喷气飞机看似与从前并无区别,但其效率要高得多。因为它的设计和制造已得到显著改善,燃料效率也已得到大幅提升。”科慕公司产品和技术服务经理 Andrew Romeo 表示。关键在于减轻重量,尤其是喷气发动机的重量,而其中一个主要的轻量化目标就是涡轮叶片。这些是构成喷气发动机前端的巨型扇形叶片。发动机最后方也会装有这些叶片,它们会在高温废气中旋转,从而驱动整个涡轮总成。这些叶片必须牢固、坚硬且要能在 1,000oC 以上的高温下保持原有形状。7为提高性能并减轻重量,制造商现主要采用稀有合金,以将其铸成由单晶制成的叶片。正如 Romeo 所解释:“喷气发动机制造商在投资铸造金属合金时都依赖科慕的锆石矿物(硅酸锆)。在防止叶片变形及增加其承温能力和寿命的工艺流程中,锆石是不可或缺的一种用料。现今的发动机更轻巧、更耐久,而且燃料效率更高。”

1“道德机器。” 道德机器http://moralmachine.mit.edu
2 Rechtin, Mark。“Tapping the Brakes: Why the Autonomous-Car Society Is Still Decades Away”(踩一踩刹车:为什么自动驾驶汽车社会还需再等几十年)。MotorTrend,2018 年 1 月 4 日,https://www.motortrend.com/news/tapping-the-brakes-why-the-autonomous-car-society-is-still-decades-away-reference-mark/
3 Cohn, Scott。“America in Crisis: The 10 States with the Worst Infrastructure”(危机中的美国:基础设施最差的 10 个州)。CNBC 新闻,2018 年 7 月 10 日,https://www.cnbc.com/2018/06/28/the-10-states-most-in-need-of-an-infrastructure-overhaul.html
4 Shankland, Stephen。“How 5G Aims to End Network Latency”(5G 如何终结网络延迟)。CNET 新闻,2018 年 12 月 8 日,https://www.cnet.com/news/how-5g-aims-to-end-network-latency-response-time/
5 能源和气候团队。“Preliminary US Emissions Estimates for 2018”(2018 年美国排放量初步估算)。Rhodium Group,2019 年 1 月 8 日,https://rhg.com/research/preliminary-us-emissions-estimates-for-2018/
6 Staffell, Iain 等。“The Role of Hydrogen and Fuel Cells in the Global Energy System”(氢和燃料电池在全球能源系统中的作用)。英国皇家化学学会,2019 年 12 月 10 日,https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee01157e#!divAbstract
7 Nathan, Stuart。“Jewel in the Crown: Rolls Royce’s Single-Crystal Turbine Blade Casting Foundry”(皇冠上的宝石:劳斯莱斯单晶涡轮叶片铸造厂)。The Engineer,2017 年 9 月 19 日,https://www.theengineer.co.uk/rolls-royce-single-crystal-turbine-blade/