第四次工业革命:科技融合革命
工业革命是一种科技革命,但和其他科技革命内容不同,工业革命面向的是工业科技的提升。工业革命提升了生产率,让商品得以大规模产生。而一些科技革命产生的新技术如游戏产业,满足了人类的新需求,但这不能填饱肚子,这种类型的技术创新对生产率的提升十分有限,所以我们说游戏产业是科技革命的产物,而非工业革命的产物。人类期盼工业革命,因为工业革命丰富了人类的物质世界。
能源驱动和工业革命
国外某论坛有人提问:埃隆·马斯克(Elon Musk)会不会变得像史蒂夫·乔布斯(Steve Jobs)那样伟大?
热门答案是:马斯克不是乔布斯,他是亨利·福特(Henry Ford)。
第二次工业革命中有三位代表性人物,分别是发明了电灯的托马斯·阿尔瓦·爱迪生(Thomas Alva Edison)、推进内燃机汽车诞生的福特,以及推进石油能源普及的约翰·戴维森·洛克菲勒(John Davison Rochefeller)。将马斯克比作福特有两层含义:一层是说,马斯克不是创新者,而是资本家;另一层是说,当下工业革命正在进行,特斯拉推进的是工业革命,而非科技进步。
对于工业革命,我们比较确定前三次的分类,第一次工业革命的标志产品是蒸汽机,能源驱动力是煤炭;第二次工业革命的标志产品是电灯和内燃机,能源驱动力是石油和电力;第三次工业革命的标志产品是计算机,能源驱动力多元化,包括化石电力、风电、光伏、水电和核电。如今,我们正在逐步进入第四次工业革命 ,根据共识,第四次工业革命是以人工智能、新材料技术、分子工程、石墨烯、虚拟现实、量子信息技术、可控核聚变、清洁能源以及生物技术为技术突破口的工业革命。
对第三次工业革命和第四次工业革命界限的划分,其实是有争议的。至今,仍有人坚持认为第三次工业革命根本没有结束,而第四次工业革命是2013年德国人在汉诺威工业博览会凭空制造的词,德国工业4.0的很多技术还没有实现。所以,这些观点认为工业4.0只是一句口号。
之所以有这样的观点,是因为第三次工业革命犹有遗憾。前两次工业革命除了新产业爆发,还有一个显著标志,即能源动力方面产生了实质性的提升。虽然第三次工业革命的变革力量比前两次工业革命更加强劲,产品更丰富,生产效率提高更多。但是第三次工业革命缺少能源驱动力方面质的飞跃。这并不是说第三次工业革命没有新的能源技术,事实上,在此过程中可再生能源迅速发展,如产生了核能、光伏、风电和水电等。但是,第三次工业革命能源主流依然是石油、天然气、煤炭和电力。
在第三次工业革命中,技术创新集中于互联网,在提升物质世界生产率方面的发展较为缓慢,并且由于能源驱动没有发生质的飞跃,所以很多新应用、新产品无法产生,也无法普及。
例如,2020年12月,在东京都议会例行会议上,日本东京都知事小池百合子宣布:计划到2030年,日本东京将不再销售汽油车。2021年1月,日本在例行国会上明确提出,到2035年,日本销售的新车将100%为电动车。日本的化石能源对外依存度很高,这一举措也表明日本想要凭借发展新能源汽车的方式摆脱对于化石能源的依赖。但是日本丰田公司的丰田章男(Akio Toyoda)提出了一个问题:日本有相应的电力输出配套设备吗?如果日本将燃油车快速换成电动车,那么电力将迅速耗光,而日本将需要为电动车配套14万亿~37万亿日元(0.83万亿~2.19万亿人民币)的基础设施。丰田章男对电力能源消耗的焦虑由此可见一斑。
2020年下半年到2021年,新能源汽车市场火爆,光伏组件开始涨价,电力供应面临挑战,而此时,我国的新能源汽车还不算普及。而另一方面,互联网产业发展也使得通信设备、数据中心、电子消费品大幅度增加电力需求。数据显示,截至2021年年底,中国的5G基站为142.5万个。根据工业和信息化部《“十四五”信息通信行业发展规划》,到2025年我国每万人5G基站数为26个,如果按照14亿人口计算,大约到2025年需要364万个基站,2022-2025年每年新增55.375万个基站。而这些基站在未来将支撑无数电子产品的联网需求,这些电子产品产生的数据又将存储在持续耗能的数据中心,而电子产品、基站和数据中心都需要电力供应。
第三次工业革命存在能源驱动因素吗?
有的人之所以会对第三次工业革命的能源创新产生怀疑,是因为对创新的本质产生了很大的误解。在理解第三次工业革命包含的能源创新革命之前,我们要先了解一点“技术的本质”。
在技术创新的社会认知方面,有一部经典的作品——《技术的本质》。作者布莱恩·阿瑟(Brian Arthur)认为技术是可以自己创生的,他的思想与达尔文的进化论观点类似,认为技术创新的本质和生物进化的本质一样,是变异和选择。而现有的创新技术归根结底来自两个方面:一是对过去技术的组合,如AI+IoT=AIoT;二是“捕捉现象”,如核裂变技术就是捕捉了物理现象,这个现象多为自然现象。对此有句经典的总结:“技术的本质就是对现象有目的的编程。”
当新技术通过“对过去技术的组合”或“捕捉现象”产生后,会推动社会发生改变,技术对经济社会变革产生的影响也表现为两种:一种是重新域定,也就是颠覆性改变;另一种是标准工程,也就是由微小进步的聚集带来的缓慢创新。
第三次工业革命的能源发展与第一次和第二次工业革命最大的不同在于,在技术创新中,“捕捉现象”方面的创新在趋缓,而“过去技术的组合”方面的创新在加速。“过去技术的组合”依然在改善人类的能源结构,人类并没有陷入能源困境。当今的能源革命有以下几种。
一是页岩油革命。石油能源作为“捕捉现象”技术开发被视为第二次技术革命的核心,原油价格在2020年上半年曾出现了短暂的负值,这打破了一些人的固有思维,抛开周期下行和新冠肺炎疫情因素,原油过剩本身就是技术突破带来的标志性现象。2020年上半年,新能源汽车虽然火爆,但实际尚未普及。传统能源需求结构并未改变,石油需求依然存在。而欧佩克(石油输出国组织,Organization of the Petroleum Exporting Countries, OPEC)和非欧佩克的产油国开会时,讨论了减产相关的内容。很显然,页岩油技术是典型的“过去技术的组合”,它和第二次工业革命中石油开采技术是不同的,但它的确让经济社会出现了“重新域定”,让有的国家或地区的石油从短缺变为过剩,如美国。
二是光伏组件能效提高。光伏组件包括光伏玻璃、单晶硅等。同样抛开周期性因素,光伏组件的涨价源于其能效提升,这是典型的通过“过去技术组合”实现“标准工程”式创新。简单来说,同样一块太阳能板,在占地面积、寿命不变的情况下,现在的发电量比10年前几乎高了一倍。中华人民共和国国务院新闻办公室2020年12月21日发表《新时代的中国能源发展》白皮书并举行新闻发布会,会上相关部门表态:“今后,新能源的发展基本上不需要国家补贴,主要由市场决定。现在最大的问题就是消纳,就是把新能源电力消纳好。”新能源是典型的“过去技术的组合”,它最终让经济社会出现了“标准工程”模式的创新结果。这种标准工程在逐渐积累后最终也会产生质变,正是由于这种质变,光伏产业才摆脱了10年前的过剩局面,也正因为光伏能效的提高,光伏发电的收益才逐渐覆盖了成本,成为有效率的发电模式之一,让包括马斯克在内的全球投资人,开始考虑更广泛地布局分布式太阳能发电产业。
可以列举的例子还有很多,不只是再生能源,储能方式、能源管理方式和节能等方面也是如此。你会发现,技术可以自己生长,“过去技术的组合”方面的创新越来越普遍,人类对“捕捉现象”方面的技术发掘能力却在减弱,其原因在于科学发展并不呈线性,人类的认知有一定的局限性。到如今,人类发现自然规律所要投入的成本越来越高。人类的科学受制于认知,而科技受益于过去技术的组合。当下,新技术的方向有很多,但多数是在已知现象基础上实现的,而发现新的科学规律更加困难。遏制基础科学发展的,是人类的认知局限。
渐进的能源进步支撑了第三次工业革命,人类对于石油的需求一直没有减弱,但油价下跌了。2008年,光伏产业过剩,而在2020年,光伏价格重新上涨。这促使通用电气这样的老牌电气化的企业,将重点业务方向也转向太阳能电站;也让特斯拉这样的新兴企业,开始开发分布式光伏电站。
所以,第三次技术革命的标志物是计算机,驱动力是科技融合下的能源应用。人类在诸多“捕捉现象”的基础上,进行“过去技术的组合”,从而突破了过去的技术瓶颈。
寻找第四次工业革命的标志物和驱动力
很多专家认为,我们的确进入了第四次工业革命时期。维基百科对于第四次工业革命的解释是:“第四次工业革命是指18世纪工业革命开始后进入的第四个阶段,它被描述成各种科技的融合,而因融合的过程使物理、数字和生物等领域科技之间界限模糊,故统称为网宇实体系统(Cyber-Physical System, CPS)。”网宇实体系统又被称为信息物理融合系统。这个定义的重点在于科技的融合,即信息(可以理解为数据)和物理(也可以理解为物和终端)的融合。
也就是说,第四次工业革命发展至今还没有明确的单一标志物,和前文提到的第三次工业革命的能源应用种类并没有什么不同。人类科学对于更深奥的自然现象的探索正在进入瓶颈,我们越来越难以从所见的自然现象中获取新的技术,但我们依然在进步。例如,同属于第四次工业革命的石墨烯和可控核聚变(“小太阳”)依然是属于“捕捉现象”的技术,只是它们的技术探索难度很大,需要在基础科学上进行长期的技术积累,技术应用的落地尚需时日。也就是说,在第四次工业革命中,我们暂时没有确定性的单一标志物,只有还未实现商用的科学技术。
当下的科技革命名词太多了,包括移动互联网技术革命、物联网革命、区块链革命、云计算革命、人工智能革命等,我们需要在其中寻找一个标志物串联起所有的革命。笔者认为,第四次革命的标志物,就是AIoT技术,万物智能化、数据化、联网化,而第四次工业革命的能源驱动力,就是数据。
为什么说AIoT技术是第四次工业革命的标志物?移动互联网时代的本质是传统电子产品手机的智能化、联网化,它本身就是AIoT的一部分,是互联网对物的拓展。而智能手机企业几乎一起走向了AIoT时代,电子消费品向横向智能化、联网化的拓展顺理成章,水到渠成。对于苹果、小米或华为来说,在手机上实现的技术,不仅在汽车上可以复制,在家电上也可以复制。AIoT技术使现实世界的物品量大大增加。工业革命的本质就是物品量的增加,所以,AIoT技术可以被看作第四次工业革命的标志物。
为什么说数据是第四次技术革命的能源驱动力?数据作为能源驱动力有两方面的理由。一方面,AIoT技术会派生出更多的物品,这些派生过程基于数据采集,通过人工智能尤其是深度神经网络算法,将数据转化为创造新物品的动力。在新物品产生后,数据挖掘者又像开采石油一样,从新物品之间的交互中继续开采数据这种驱动能源。另一方面,数据也对能源行业本身产生了影响。数据反馈带来了精准化生产,精准化降低了能耗指标,能够让能源更加合理地被使用,通过节省能源的方式支撑更加庞大的物联网设备群落。而且数据又能通过产生新的AI技术优化能源生产,比如通过预测气候安排风电和光伏电站覆盖的区域。但仅仅是这些,并不足以让数据成为能源驱动力。未来,数据作为能源驱动力,可能会颠覆能源行业本身。
核心驱动:物联网下共享免费的能源
杰里米·里夫金(Jeremy Rifkin)在2014年写了一本书,名为《零边际成本社会》( The Zero Marginal Cost Society ),结合过去这位经济学家发表的作品,包括《工作的终结:后市场时代的来临》( The End of Work )等,我们会发现这位经济学家一直在描绘一个未来的理想社会,即零边际成本社会。边际成本就是每多生产一件产品所带来的总成本的增量,而零边际成本是指去除早期投入的基础设施成本后,生产一件新产品的成本几乎为零,当人类进入零边际成本社会时,我们几乎不用为商品付出任何代价,所有的物品都是免费的,那么如何才能进入这个社会呢?
杰里米·里夫金提出了四个先决条件:一是利用近乎免费的能源,在源头上把控成本;二是通过传感器连接万物,提高生产效率;三是利用3D打印技术,打破技术和工艺壁垒;四是通过高度发达的物流网络,在全球范围内实现便捷的产品交付。一个所有物品免费送的时代,听上去有点天方夜谭,虽然我们还不能够很快看到这样的未来,但是我们可以试图了解这个未来场景。
2021年年初有一款叫作《戴森球计划》(Dyson Sphere Program)的热门游戏。在游戏中,玩家会随身携带一个机械装甲,配备若干个智能建造无人机来到一个星球。玩家需要在荒芜的星球上采掘资源,利用机甲合成系统以简单的资源直接生产零部件,并用这些零部件建立工厂、传送带和分拣机器。在这个星球上,玩家需要跟随科技树布局生产物流系统。玩家携带的智能建造无人机能帮玩家建造所有设施,包括获取能源的设施,玩家可以选择使用煤炭、石油、太阳能光伏、氢燃料电池、核裂变等来获取电力。玩家的工厂随之生产原料,原料将通过传送带运送到下一个工厂或储存仓库。
其实《零边际成本社会》和游戏《戴森球计划》核心的理念相同,我们继续探究能源来源的原因在于,有时我们只要调整能源的取得方式,就可以更轻易地获取能源。比如光伏,太阳对地球的照射功率(约1.73E17瓦)是人类文明现在能源总功率(约2E13瓦)的约8650倍,也就是说,太阳照射一天的能量足够人类用大概8650天。而太阳24小时照射到地球的能量约有1.49*1022焦耳,相当于5085亿吨标准煤完全燃烧释放的能量。化石能源是光合作用产生的太阳能量的余烬,所以我们不必担忧能源获取种类来源,我们已经知道如何获取能源,只要以更高的生产率来生产太阳能板,让其成本压缩,损耗减少,制造难度降低,便足够了。如果家家户户的屋顶都能装上太阳能板,我们就能够更好地利用太阳能源。而现实中,可获取的能源远远不只有阳光,还有风能、潮汐、水电、核能。
现实中人类的能源收集过程很复杂,但是3D打印可以让我们更简单地将资源转变为商品,简化材料后,我们可以通过智能机器人建造设备和建筑,建造设备和建筑本身可以组成基础设施。电力可以在3D打印的太阳能板和风能中获取。有了能源,所有物联网中的工厂和传送带都活跃了起来。然后,进行开采—精炼—制造—成品—回收材料的循环过程,而人类仅需规划好传送带和制造厂的布局,也就是安排好连接即可。连接物,连接信息,就是未来AIoT时代网络承载的主要任务。
综上,拥有免费能源的前提是低成本获取生产能源的设备,以及一套基于物联网与物流网的材料(物)和数据(信息)输送体系。通过物联网连接的数据提供物品制造蓝图,通过物品输送的物流网提供材料,结合3D打印,最终生产出需要的能源生产装置。同时通过电网接入AIoT,零散的用户可以向邻居销售电力,也可以向邻居购买电力,在此基础上,随着介入电力网络的供应者越来越多,电力价格将会降低。这也是互联网思维、共享思维在能源领域应用的一种体现。
新能源:数据
万物互联下,所有的设备都可能在未来智能化,并替代人类生产商品。从能源开采,到产成品,一切都可以实现,但贯穿核心的,不是能源,而是数据。实际上人类已经了解了数据的重要性,第四次工业革命中的大部分技术创新都围绕着数据展开,比如以下几种工业革命的主导技术。
一是人工智能,神经网络依赖反向获取数据来训练机器,AI的三大基石分别是算法、算力和数据,其中,数据是人工智能的核心。
二是云计算,云计算就是虚拟化,云计算服务商在提供算力、存储空间的同时,也为掌控数据的权益不遗余力。云计算服务的目的包括几个方面。首先是拥有数据,通过提供云服务的方式,让用户将一些数据留给云计算平台;其次是通过数据绑定用户,比如用户把数据存在某个云盘,这些数据对用户很重要,为了保留这些数据,用户会支付费用;最后是帮助他人处理数据,比如通过提供算力的方式,帮助用户借助云计算平台解决电脑处理不了的数据。
三是物联网,万物互联本质是将人和物互动的数据接入互联网,以前的数据产生于人与人之间,而未来的数据产生于人与物之间,甚至还会出现物与物之间交流而自然形成的数据。
四是生物技术,当下的一些生物技术是以基因技术为导向的,而基因技术则以基因编码的基因图谱为基础。基因图谱是由31亿个“字母”标识的DNA碱基对组成的数据链条,而基因技术可以通过蛋白特性、蛋白质和基因图谱中特定碱基对互相对应的方式将人类的遗传物质转化为数据库。所以生物技术本身就是一门和数据相关的技术。
五是量子技术,量子技术解决了两类问题,一类是数据传输的安全问题,另一类是数据挖掘的算力问题。数据传输是利用量子纠缠,即量子态不能被拦截的特性,通过量子计算保证数据传输安全。算力是利用量子叠加态的并行演化来提高算力,从而提高数据处理能力,包括电子比特和光子比特,提高的算力将进一步提升人工智能、深度学习、神经网络等算法吸收数据的能力。所以量子技术亦是一种数据技术。
六是区块链,区块链技术是典型的“过去技术的组合”。区块链就是分布式记账,也就是记录交易数据,然后以账本本身作为货币进行交易,由于账本的连续性特点,过去已经发生的交易记录变得难以篡改,因为一旦篡改,被篡改的交易记录之后所有已经发行的区块,也就是账本,都需要被改变。区块链其实不算真正的新技术,而是一种思维方式。区块链技术的推进,本质还是围绕数据展开的。区块链技术本身要解决数据可信度的问题,它也是为了降低数据被篡改的概率而创新的。
数据还能串联很多的技术。在第四次工业革命中,技术的本质大多围绕数据展开,尤其是人工智能和数据的结合。一方面,通过数据组建的知识图谱提升人类认知;另一方面,通过数据开发的新型人工智能提高人类生产率,从而不断推进社会向前发展,推进物质世界的发展。
综上,笔者认为,我们正处在第四次工业革命的起点,这次工业革命的主基调是多技术融合,主要标志物是以互联化、智能化为方向的融合技术,主要驱动力是数据。
除了技术社会的自然演化,我们看到还有三个因素是驱动人类社会向AIoT时代发展的主要动力,让AIoT时代的全面到来成为必然。其一,数据和技术的正反馈生态。其二,政策支持AIoT的长期健康发展。其三,主动或被动受市场驱动的企业,都推动着人类社会向AIoT时代发展。