机器人科学家如何应对气候变化

AES

世界每年向大气排放510亿吨温室气体。为了解决气候危机，我们需要到2030年将这一数字减半，到2050年达到零。对于发电而言，仅美国就需要在未来12年内将可再生能源能力提高10倍，这大致意味着将新增40万台风力涡轮机和25亿块太阳能电池板。为了加快这一进展，国会最近通过了《通胀削减法案》，其中包括数十亿美元用于清洁能源项目。

作为一名机器人专家，我（作者，以下简称我）认为这些枯燥、肮脏甚至危险的任务是机器人可胜任的完美领域。然而，由于缺乏必要和紧急应用的意识，应对气候变化的机器人专家比较短缺。以下是我的发现：如何找到机会帮助机器人对气候变化产生影响。

我从头开始打造的第一个机器人是SS MAPR，这是为水务部门打造的一艘用于收集多深度水质数据的自动驾驶船。利用这些数据，可监测河流污染并控制污染源。经过六个月80小时不眠的工作，SS MAPR得以完成其首航，并从宾夕法尼亚州舒尔基尔河（Schuylkill River）底部收集了水样和数据。对我来说，这是激动人心的一刻：所有的原型和编码都指向了更快、更便宜地数据访问，从而推动了监管行动的发展。我想制造更多的机器人来改善我们生活的环境。

SHERRY CHEN

2020年搬到湾区后，我被肆虐的野火惊呆了，我创办了Nirva Labs，寻找气候机器人的机会。令人惊讶的是，与我交谈的许多创始人都对气候技术中机器人专家的短缺表示赞同。这与机器人解决气候问题的巨大潜力不成比例。我的亲身经历证实了这些观察 —— 我在世界上最大的机器人中心之一的湾区参加的所有机器人活动中，几乎找不到任何人在研究气候。根据PitchBook的投资数据，气候机器人在过去五年中占机器人风险投资总额的不到1%。

为什么没有更多的机器人专家研究气候变化？在与一些同行交谈后，我意识到从表面上看，气候变化似乎不需要机器人发明——我们已经有了大多数非机器人形式的解决方案。但这正是气候变化需要机器人来完成重复工作的原因：扩大现有解决方案的规模，以便我们能够及时达到净零。

为了理解为什么机器人对于应对气候变化至关重要，我们应该看看一个类似的案例：汽车行业。很长一段时间以来，汽车都是由人类制造的。1925年，组装一辆福特Model T车型需要每个零件3.76秒的平均组装速度。这是近40年来的常态，此前通用汽车公司（General Motors）推出了一种机器人手臂来协助装配线。如今，组装一辆丰田SUV每件大约需要2.04秒，与一个世纪前相比提高了46%，尽管组装过程的复杂性也有了急速增加。

这是机器人在提高效率的同时，将人类从重复任务中解放出来的最佳选择。气候技术处于与早期汽车工业相似的状态。总体气候解决方案的大部分组成部分已经存在（例如，太阳能和风能发电机、电动汽车、热泵），但需要迅速大规模部署，以便到2050年将510亿吨温室气体排放量降至净零。通过尽其所能，机器人可以通过实现规模经济，在加速应对气候变化方面发挥重要作用。

气候机器人有许多技术上可行的机会，可以对气候产生影响，但如何真正做到呢？最好的方法是深入学习和理解现有气候解决方案的生命周期，并确定自动化能够如何加速它。但对于任何气候解决方案，都必须注意其对气候的总体影响：它是直接减轻或消除温室气体排放，帮助我们适应气候变化的影响，还是增强我们对气候的理解？总体影响不仅涉及技术解决方案，还涉及其周围的经济和政治力量。因此，必须在整个生命周期内追踪解决方案，并全面了解利弊。

可再生能源部门是寻找气候机器人机会的绝佳场所。与化石燃料相比，太阳能和风能等能源已经具有成本竞争力。机器人可以帮助消除限制其扩张的瓶颈。

从可再生能源价值链的源头开始，机器人可以帮助消除安装太阳能和风力发电场的劳动力瓶颈。例如，建造太阳能发电场最耗时、最危险的任务之一是搬运重物。能源巨头AES开发了一种自动太阳能发电场建造机器人来解决这个问题。该机器人可以在预先准备好的基础上自动安装太阳能电池板，工人无需起吊。它的速度也是人类的三倍，新的太阳能布局可以在相同的足迹内产生两倍的太阳能。这是户外自主导航和机器人操纵器控制如何加快可再生能源转型的一个很好的例子。

X LABORATORY

海上风电场建设面临着不同的挑战，通常可以在4月到11月安装，其余会受到限制，因为冬季的大风条件使得叶片安装等高精度任务具有挑战性。荷兰公司X Laboratory开发了一种运动补偿技术，以在叶片安装过程中保持起重机的稳定，这可以提高风速公差，从而将安装天数扩展至全年。该团队目前正在改进技术，以弥补海浪造成的干扰，因此也可以在漂浮的船只上进行安装，而不是在海床上的自升式船只。这可能会使施工速度翻倍。这是鲁棒机器人能够解决的创造性和有效的气候应用。

另外，可再生能源设施需要日常维护以保持效率。随着过去十年的快速扩张，技术熟练的维修技术人员短缺。例如，检查和修理陆上风力涡轮机需要将一个人吊在离地面150米的地方，这只能由训练有素的绳索接入技术人员完成。许多风电场运营商不得不以高昂的成本从州外聘请技术人员，这推高了风能的总体成本。

许多公司一直也在尝试通过自动化来解决这个问题。像Unleash这样的公司正在使用无人机来加速叶片检查，而Aerones已经开发了一种由绳索系统支撑的系留式无人机，该系统具有更大的有效载荷和更好的稳定性。这将任务范围从检查扩展到清洁、涂层和简单维修。有时，对现有机器人进行创造性的调整会带来巨大的影响。

AERONES

在整个可再生能源价值链中，还有更多的机器人机会。电池是可再生能源的重要缓冲区，可再生能源全天都在变化。然而，锂和钴等关键电池矿物短缺。像Impossible Metals这样的公司正在研发机器人，从海底开采矿石结核，以缓解这种短缺。在电池寿命周期的另一端，学术界（橡树岭国家实验室，Oak Ridge National Laboratory）和工业界（Posh Robotics）都在开发机器人，以重新利用退役的电动汽车电池，这些电池在寿命结束时仍有80%的存储容量，可用于建筑储能。机器人加速了这一过程，并减少了人类接触有毒化学品和高电压的途径。

了解最新的气候解决方案

对于现有解决方案的鸟瞰图，Bill Gates的《如何避免气候灾难（How to Avoid a Climate Disaster）》和John Doerr的《速度与规模（Speed and Scale）》都是不错的书籍。关注InsideClimateNews（https://insideclimatenews.org/）等频道，可了解最新的气候新闻。加入“Work on Climate（https://workonclimate.org/）”等在线气候社区，结识志同道合的人，也能够了解到他们正在做什么。

加入气候机器人研究项目或公司

如果你想更直接地为解决气候变化做出贡献，你可以加入现有的气候机器人计划。Climate Change AI（https://www.climatechange.ai/）是一个活跃的机器学习（ML）研究人员社区，致力于研究气候解决方案。ClimateBase（https://climatebase.org/）为那些想要职业转型的人提供了一个大型气候技术工作委员会。要了解更多相关项目，请查看博客Nirva Labs（https://nirvalabs.com/），了解气候机器人创始人和研究人员的报道。如果你更喜欢播客，Hardware to Save a Planet（https://hardwaretosaveaplanet.com/）采访了致力于气候变化硬件解决方案的人们，这些解决方案不仅限于机器人。

从自己开始

如果你已经准备好进入更深层次的研究，那么也可以自己开启一个公司或研究项目。你可以从接触气候从业者开始，询问他们如何扩大他们正在研究的解决方案。在开始构建任何东西之前，尝试充分了解他们的痛点。如果某个垂直领域已经有机器人解决方案，不要放弃它！联系已经使用它的客户，询问他们希望如何改进它。也询问尚未开始使用它的顾客，并了解原因。通常，在一个垂直领域内会有许多不同的客户群体，这意味着更好的替代方案或差异化解决方案将占据剩余的市场份额。

气候变化是我们这个时代最紧迫的问题，我们的时间不多了。《巴黎协定》要求我们将全球变暖控制在1.5°C范围内。为了实现这一目标，我们必须在2030年前将排放量减少45%，并在2050年前实现净零排放。但我们离这个目标还很远。与此同时，《通胀削减法案》为扩大现有气候解决方案以实现碳减排目标提供了动力。

机器人学家，现在是研究气候机器人的最佳时机！让我们共同利用技能来加速气候解决方案的实现，及时达到净零吧！