5G與觸覺互聯網:從人對人的溝通,到人對機器的全控

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遠距醫療及雲端照護
圖片來源:沈勤譽 攝

5G網路的高頻寬和低延遲特性,除了讓娛樂、串流等產業直接受惠,其應運而生的觸覺物聯網(Tactile Internet),也可能成為5G時代新型態服務業、智慧工業的重要應用。

5G時代即將來臨,根據國際電信聯盟(ITU)資料,5G網路的速度理論值將達到4G的20倍(20Gbps),網路延遲(Latency)則將只有1 毫秒,是4G網路的二十分之一。此外,5G規範也保證了更穩定的傳輸、以及更高的安全性,這些特性將衝擊哪些商用領域?

5G網速的提升,首先將使大資料量的消費性內容傳輸應用(如4K影片串流、VR串流、遊戲串流服務)得以直接受惠,然而更低延遲、更高的安全性協定,以及連接密度的增加,卻可能對新型態的服務業、以及高價值的產業領域帶來另一項影響──即「觸覺互聯網」(Tactile Internet)應用鏈的成形。

從使用端來說,「觸覺互聯網」可用一種新的人機互動介面(HCI)來理解。若要人類覺得自己與某個設備的互動是自然、直覺、即時的(Real time)體驗,則唯有當系統互動的反應時間(傳輸與處理時間)小於或等於人類感官(視覺、聽覺、觸覺)習慣的反應時間時才能達成。

以電話舉例,人類「聽覺系統」的反應時間約為100毫秒(ms),因此,無論傳統電話或VoIP,都必須保證雙方的聲音必須在100毫秒內傳到對方耳中,否則溝通就會產生障礙困難,或不舒服的感覺。

同樣地,位於遠處的醫生,若要緊急執行精確的遠距視訊手術,必須能夠在小於1毫秒(1 ms)的延遲下操作手術機械臂、移動手術刀,而患者的即時狀況,高解析度的器官影像、醫療設備數據等,也必須再1ms內回傳給醫生。大部分遠距手術在4G的網路延遲(20 ms)條件下無法達成,卻有可能在5G普及後,成為應用主流。

換句話說,4G時代的物聯網,只需考慮機器與機器間的傳輸量與傳輸延遲,而5G觸覺互聯網,則必須能處理數位設備(機器傳輸)與類比(人類感官)的延遲,才能做到遠端即時控制的效果。

另一方面,觸覺互聯網也強調賦予人類「五感」的延伸,例如:機械手術刀觸碰到患者骨骼的觸覺訊息,必須以極高的速度與精度,即時「回饋」到遠據醫生的控制器,讓醫生做下一步決策。人類與遠端環境的互動,有機會以「觸覺互聯網」達到一種遙現(Telepresence)加上人類增強(Human Augmentation)的整合。

多人同時利用5G觸覺互聯網執行遠距手術
多人同時利用5G觸覺互聯網執行遠距手術示意圖。
圖片來源:ITU-U Technology Watch Report

此外,觸覺互聯網也要求極高的可用性(Availability),不會因任何因素(如訊號屏蔽)而影響傳輸速度與延遲。例如火場的滅火機器人、礦場的自動採礦機器人等,都要求極穩定的精確性,因為一秒的斷訊就可能產生嚴重後果。上述應用情境,都是5G網路可能帶來的全新可能。

5G:從人對人的溝通,到人對機器的全控

其實早在2015年,被通訊業界敬稱為5G人(5G Man)的德國德勒斯登大學教授Frank Fitzek就曾指出:「5G不是為了讓瀏覽網頁更快而出現,5G技術,純粹是為了物聯網裝置的控制與操縱而打造的。」,也就是將應用焦點從2G、3G通訊世代的「人對人」(H2H),到4G網路的「機器對機器」(M2M)物聯網,最終進階到5G世代──人類對遠端機器與裝置的全控(H2M)。

Frank Fitzek就曾於2017年的MWC現場進行演示,透過5G通訊技術操作遠距機器人,操作者可以在VR頭戴式裝置中,幾乎無縫地看到機器人的視覺場景,並且零延遲地利用感測手套,操作用5G網路連接的機器人手臂。5G最重要的低延遲(<1ms)保證,以及可用性、傳輸安全性的增加,對觸覺互聯網的意義是高於傳輸頻寬提升。

根據Research&Markets統計,包括遠距操作(Teleoperation)、遠距機械(Telerobotics)的觸覺互聯網相關產業產值,將於2027年快速接近1,000億美元,其中複合年均增長率最高的應用,則是利用遠距管理或遠距維運(remote administration / tele-maintenance)的相關應用,在未來,觸覺互聯網將可能成為工業4.0的重要組成。