我們有了可重複使用的火箭，但為什麼還沒有會飛的汽車？「Rodney Brooks」法則為你解惑

雷鋒網 AI 科技評論按：製造電動汽車和可重複使用的火箭可能很容易，而相比之下，建造核聚變反應堆、可以飛行的汽車、自動駕駛汽車或超迴路列車系統就十分困難了。我們甚至看到過調侃理想中的技術進步和實際科技產品的段子：「We were promised flying cars, and instead what we got was 140 characters」（說好的未來科技應該是會飛的汽車，但現實里發生的是一條推特不可以超過 140 個字。）

電動汽車成為了現實，自動駕駛還沒有；火箭回收成為了現實，會飛的汽車還沒有；用即時通訊工具隨時 發送文字圖片視頻成為了現實，可以協助你日常生活的 AR 眼鏡還沒有。它們之間究竟有什麼區別呢？斯坦福大學教授，美國著名機器人製造專家 Rodney Brooks 近期在在線雜誌《IEEE Spectrum》發表了一篇文章，談了談他的見解。雷鋒網 AI 科技評論編譯如下。

簡而言之，這個問題的答案就是：經驗。理論上的可能性和實踐之間的區別只有通過嘗試才能發現。因此，即使可以從物理學理論上說明某件事是可行的，如果它沒有在實驗室中被證明，你就可以認為那件事離成為現實還很遙遠的。如果它只能在原型中被證明，那麼它離成功還很遙遠。而如果某些版本的成果已經大規模部署，並且大多數必要的改進都是可以在不斷的進化中實現的，那麼它可能很快就會成功。即便如此，如果沒有人想要使用它，不管開發它的技術人員有多熱情，它也會在倉庫里漸漸黯淡下去。

弄清楚是什麼使一項潛在的技術易於開發或難以開發是十分重要的，因為做出一個錯誤可能會導致你做出不明智的決定。法國估計耗資 220 億美元正在建設的國際熱核實驗反應堆就是一個例子。如果世界各國政府相信這項艱巨的努力勢必走向成功，並可以在短期內實現商用核聚變反應堆，然後他們圍繞這一假設制定國家能源戰略，那麼他們的公民最終可能會非常失望。

下面我會談幾個技術項目，這些項目目前正在進行中，或者至少正在被認真地討論。在每種情況下，我都將指出一些使一項技術容易或難以投入市場的特性。

電動汽車是一項相對容易的技術，因為汽車已經大規模生產了一個多世紀。我們擁有超過100年的設計和大規模製造擋風玻璃、雨刷、剎車、車輪、輪胎、轉向系統、可以上下移動的窗戶、汽車座椅、底盤等等的經驗。我們也已經擁有了超過20年的數字化傳動系統製造經驗。

更重要的是，我們已經有了完整的駕駛基礎設施，包括道路，停車位，安全標準，汽車保險，以及政府對車輛和司機的駕駛許可。因此，從內燃機車到電動汽車，你不需要從零開始發明所有東西，然後弄清楚如何大規模部署這項技術。

當然，如果你想要以具有競爭力的價格，大規模生產出具有很長的續航里程並且有很強的可靠性的電動汽車，你必須非常聰明，你需要好的電池，而且資金雄厚。但是仍然有很多東西你並不需要做出改變。在這個領域，有很多人已經從事相關組件的開發工作幾十年了，也有很多用於構建和組裝這些組件的現成的專業知識。電動汽車是一項新技術，但並不是一項難於登天的技術。

同樣地，可重複使用的火箭聽起來可能是頗具革命性的，但是這個領域仍然有大量的現有技術。所有的液體燃料火箭都起源於 Wernher von Braun為希特勒製造的 V-2 火箭。V-2 擁有高流量渦輪螺旋槳發動機（功率為433千瓦！），這種發動機將燃料在內部循環流動以冷卻引擎的部分部件，並且能夠攜帶自己的液氧，這樣它就可以在大氣層上空飛行。76 年前，V-2迎來了它的的第一次飛行。在這之後，它繼續被大規模生產，儘管這之後就變成了勞動密集型工業。

從那以後，全世界已經開發了20多個不同系列的液體燃料火箭，其中一些有數百種不同的配置類型。有著 52 年歷史的聯盟號系列火箭在發射的過程中有20個液體燃料推力室燃燒。在 Delta 系列中，Delta 4 型的「重型」變種有三個基本上完全相同的核心並排放置，其中每一個核心都可以作為前一個單核 Delta 4 型火箭的第一個階段。

自上世紀 50 年代 Rolls-Royce 展示其「飛行試驗器」以來，使用噴氣發動機推進器在地球上軟著陸的技術就已經出現了。接下來的十年里，「鷂」式戰鬥機也出現了，它可以垂直起落。1969 年，一架登月載人火箭垂直降落在月球上。上世紀 90 年代，McDonnell Douglas 建造了單級Delta Clipper試驗火箭（也稱 DC-X），該火箭在新墨西哥州的白沙導彈靶場垂直起落了六次。

如今，SpaceX 公司生產的可重複使用的獵鷹火箭，在返回發射場或回收駁船軟著陸時，利用網格鰭來控制第一階段。網格鰭片背後的理論是由 Sergey Belotserkovskiy 於上世紀 50 年代在俄羅斯提出的，自上世紀 70 年代以來，裝備有這些鰭片的火箭一直用於導彈和制導炸彈，以及載人聯盟號太空艙的緊急逃生系統。

我絕不是說開發電動汽車或可重複使用的火箭不勇於創新、不努力，也不具有令人印象深刻的創造性工作。這些工作都做到了上面幾點，然而，它們的確建立在大量以前的工作以及現有的物質和業務的基礎設施之上，所有這些都增加了成功的機會。對於可能出現的許多問題（儘管不是所有問題），都有已知的解決辦法。因此，這會給我們一定的信心，可以預計出這些技術在技術上是成功的，並且可以大規模部署。

然而，全新的想法卻很難評估。無論這些想法乍看起來多麼合乎邏輯，我們都不清楚它們何時會成功，甚至它們是否會成功。

熱核聚變反應堆就是一個例子，該理論很早就被提出來了，但與它剛剛被提出來的時候相比，該技術仍然幾乎沒有進展，並沒有更加接近於實現。自上世紀 50 年代以來，該項目一直在開發中，在那個時候，我們知道了持續的核聚變「不是無法實現的」。畢竟，太陽就是這樣發光的。66 年前，隨著「Ivy Mike」氫彈的爆炸，人類首次實現了短暫的核聚變反應。過去，未來主義者滿懷信心地預測人們在可預期的將來可以使用核聚變內發電，但這一點到現在還沒有實現。我懷疑今天的許多人會相信任何具體的預測核聚變被用於發電的日期。

為了實現持續的核聚變，溫度極高的氣體必須被保存在極高壓力的容器中。沒有物理容器能承受這樣的溫度和壓力。作為替代，強磁場可以用作非物理容器。而這樣的磁場是非常難以產生和控制的，我認為即使是 50 年之後，也沒有人會相信我們已經接近於解決所有的工程問題。

我想我無需多言了：這的確是一個難題。

可以飛行的汽車是又一個重新流行起來的夢想。最初，你的夢想是開車行駛到一片開闊的可以起飛的空地，飛到你的目的地，然後著陸，繼續回到路上開始最後一段旅程。你的飛行汽車可以讓你跳過道路擁堵，以更快的速度巡航。這個夢想從來沒有實現過，但是現在，十幾家創業公司都在這個賽道中角逐，就在剛剛過去的十幾年裡，積極致力於這個想法的工程師數量大大增加了。

這個問題很難解決，因為飛行汽車結合了兩種完全不同的工程結構。想要設計一種既能在數千米高空飛行，又能適應道路和高速公路網對傳統汽車施加的狹窄空間限制，同時又能滿足飛行和地面運輸的各種安全和效率要求的交通工具，並非易事。對一種工程結構進行優化意味著犧牲另一種工程結構的性能。

因此，今天的初創公司所提出的飛行汽車通常是完全不同於上述交通工具的東西就不足為奇了：他們正在研發點到點的飛行汽車，其中大部分是電動的，據說這些飛行汽車可以由普通人駕駛，無需經過大量培訓。這樣的飛行汽車通常沒有車輪，這意味著你需要通過一些其他的方法前往你的飛行汽車停放的地方，一旦你著陸了，你又需要通過某種方法前往你的最終目的地。

雖然飛行汽車的這種改型不必體現在公路上，但它存在其他問題：車輛必須以某種方式充電或加油。作為超輕型飛機，它們不能飛越建築物上空，這一限制將妨礙它們在通勤方面的用途。業餘飛行員幾乎沒有受過任何訓練，但仍需遵守空中交通管制規則，並通過保險公司的檢查。

況且，迄今為止我們還沒有看到任何一次公開的飛行演示，甚至沒有人聲稱將進行這樣的演示。此外，規章制度和相關的保險也都還沒有還沒有開始實施。現在期待這樣的飛行汽車能夠夢想成真還為時過早。

無人駕駛汽車可以說是目前最受期待的一項技術。而這個領域的困難在於，沒有人真正嘗試過這樣的技術。

去年，我在這本雜誌上就這個問題的一個方面發表了文章:自動駕駛汽車可能對人類行為產生的意想不到的後果（http://rodneybrooks.com/unexpected-consequences-of-self-driving-cars/，見「自動駕駛汽車技術中有關於人的問題」，https://spectrum.ieee.org/transportation/self-driving/the-big-problem-with-selfdriving-cars-is-people）。我指出，行人和其他車輛的司機可能會發現自動駕駛汽車很容易成為反社會行為的目標。我還注意到，自動駕駛汽車的車主可能會以他們永遠不會通過他們使用普通汽車的方式使用自動駕駛汽車，他們可能會屈服於自己的反社會行為。

另一個問題是所謂的「邊界情況」，它涉及到機器人汽車何時會到達它們能力極限的問題。其中一些限制是在實際應用前不知道的。我們所知道的例子包括汽車必須具備閱讀和解釋臨時標誌的條件，例如道路建設的警告；可以鑽法律條文的空子的情況；網約車服務必須弄清楚乘客被允許擁有多少控制權；當人類司機面對的是無人駕駛汽車、無法與其他人類司機交流時（比如在協商會車的過程中），汽車必須決定該怎麼辦。

無人駕駛汽車不會簡單地取代有人類駕駛的汽車。相反，我們將安裝專用車道，甚至讓自動駕駛汽車進入自己的車道，或為其鋪設整條道路，以保護它們不受人類駕駛汽車的影響，反之亦然。此外，我們還將改變在哪裡可以接人、在哪裡可以讓人下車，以及其他很多事情的標準。

近一段時間，自動駕駛汽車似乎突然間取得了巨大的進步。然而，如果你回頭看看，自從 Ernst Dickmanns 和他在德國聯邦國防軍大學慕尼黑分校的同事們在一條公共高速公路上駕駛自動麵包車以來，這一領域的技術已經經歷了32年的發展。

直到去年，沒有安全駕駛員的真正的自動駕駛汽車才開始在鳳凰城附近的公共道路上運營 Waymo 的拼車項目。而 Waymo（谷歌母公司 Alphabet 的子公司）正在示範這一重要的舉措。

除此之外，感測器的價格仍需大幅下降，汽車的使用方式仍需確定。我們需要安全法規的相關改變，以及分配法律責任的方式的改變。而想要要改變法律，必須先改變我們對代價自動駕駛汽車的態度。

只有當自動駕駛汽車從一個科學實驗的地位，發展到一個商業企業的地位，它才能證明自己——也就是說，當這些汽車的製造商開始從銷售中獲利時，無論是對個人還是對車隊運營商，自動駕駛汽車才能證明自己的可行性。起初，這些汽車將在有限的地區和市場上運行，比如商場、工業園區和其他不允許人手動駕駛汽車的地方。也許他們將被限制在一天中的特定時間和特定的天氣條件下使用。最終，自動駕駛汽車的各種問題應該會得到解決。但這一切的展開將比狂熱的追捧者者想像的要慢。

創新過程中遇到的麻煩總是量變產生質變

超迴路列車（Hyperloop）是另一種比它乍一眼看上去更難的技術。這個想法是建立一個幾乎真空的管道，通過這個管道，裝滿人或貨物的膠囊可以通過外部施加的空氣壓力或通過使用磁感應線圈來加速。這一概念吸引了許多企業家和支持者的想像力和資金，但這樣的技術是史無前例的，更不用說大規模運營了。

如何開發這種以直線的形式延伸數百公里的管子本身（一種超穩定的、氣密性強的圓柱體）就是一個問題。你還需要設計這種膠囊，它可以在載人時以接近音速的速度飛行。密封的膠囊將需要一個完全獨立的生命維持系統。任何膠囊不會停靠的站點也需要在膠囊通過時進行密封，而任何乘客上下的站點也都需要允許他們這樣做。例如，必須制定出緊急程序，從距離最近的車站100公里的膠囊中救出乘客，然後取出這個膠囊，以便重新啟用這個管道。你需要一些方法與膠囊進行通信，而這樣的通信方法需要穿透近似於一個非常好的法拉第籠的膠囊。

為了乘客的安全，也為了讓他們在乘坐過程中神志清醒，我們必須開發出相應的座椅和約束裝置。而在一個沒有窗戶的房間里，在劇烈的加速度下，把自己塞進座椅里，可能不是一件很自然的事情。整個系統需要具備某種保護措施預防地震，還需要應對由於管道下面的構造板塊移動了一兩厘米造成的微小的位移。另外，不要忘記獲得線路的土地使用權、購買保險（包括弄清楚超迴路列車自己的保險如何與乘客的保單相互制約）、商業模式等等。

你可能會說，每一項超迴路列車面對的問題都不太難解決，但當它們合在一起確實構成了一個難題。許多新技術和設計必須從零開始開發，然後進行證明。從這一點上說，他們甚至還沒有全部被列舉出來。

在所有的技術挑戰都得到了明確和成功的證明之後，還有一個完全不同的問題。這就是心理問題：至少在一開始，要說服乘客使用那些沒有窗戶的高速系統是很難的。最後，即使是一個安全、功能強大的超迴路列車要想讓它的投資者們賺回投入的資金，也需要相當長的時間。

有時，儘管沒有明顯的障礙，即使是一項簡單的技術的進展也會慢如蝸牛。我們如何組織互聯網的地址的過程就是最好的例子。

IPv6 使用的是 128 位的地址，高於之前協議 IPv4 的 32 位。這樣就將 IPv4 時代的所有網路上的設備潛在的唯一地址的數量從小小的 40 億提升了不可思議的 7.9*1028 倍。工程師們在 20 世紀 90 年代開發了這個新版本，因為很明顯，加入網路的設備要比預想的多得多——不僅是電腦，還有電錶、工業感測器、交通感測器、電視機、電燈開關等等都加入到了網路中。大量的聰明才智被花費在將遠遠超過萬億的設備塞進這個微不足道的 40 億設備地址空間上。儘管 IPv6 在 1996 年就已經被完全定義了，但它仍然沒有完全取代 IPv4。

2010年，從 IPv4 到 IPv6 轉換的目標日期是 2012 年。2014年，99% 的網路流量仍在使用 IPv4 協議。到2017年底，在 IPv6 上運行的網路流量從低於2%（通過阿姆斯特丹互聯網交換）增長到剛剛超過 20% （對於谷歌服務的用戶）。顯然，IPv6 是一項進展緩慢的工作。

在指出使令一種技術比另一種技術更難的不同之處時，我並不是在鼓吹技術失敗主義。我只是想說，我們應該正確地判斷別人告訴我們的任何事情的難度，這在今後可能非常重要。如果這個想法是建立在實踐經驗的基礎上的，那麼謹慎的樂觀主義是恰當的，反之則不是。然而，內心充滿希望是很寶貴的，我們不應該浪費這種對未來的憧憬！

via IEEE Spectrum，雷鋒網 AI 科技評論編譯

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