100亿人如何分配粮食能源和水?AI助力碳中和重构地球
2021-01-11 15:34:37 作者:网大为(腾讯首席探索官)

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《重构地球:AI FOR FEW(人工智能如何助力食物、能源、水供给)》,中国人民大学出版社,2021年1月出版

【导读】

中央经济工作会议公布的2021年8大重点任务之一是做好碳达峰、碳中和工作。“碳中和”成了热词。从2020年9月第七十五届联合国大会一般性辩论到12月举行的气候雄心峰会,我国多次表示,二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和。

如何实现这个艰巨的任务,在发展和减排间获得平衡?人工智能重构地球为实现这一任务提供了很好的思路,今获授权刊发《重构地球》一书书摘,腾讯首席探索官、高级执行副总裁网大为(David Wallerstein)吸收了北京师范大学、国家发展改革委能源研究所能源经济与发展战略研究中心、中国水利水电科学研究院、中国农业科学院等专业研究机构一线转接的前沿思想,以腾讯AI LAB 团队提供的大量数据,出版了该领域内第一本开山之作。的前沿洞察会给你带来启发。

2030年世界人口将达85亿,2050年将达97亿,21世纪中叶,世界人口将破100亿大关。到那时,地球上的食物、能源、水能养活100亿人口吗?

我提出“AI FOR FEW”的倡议。即探索用人工智能为人类面临的食物(Food)、能源(Energy)、水(Water)这三大问题提供解决方案,助力实现可持续发展目标。

中国将有机会成为“AI FOR FEW”的先驱国家。

危机就在眼前:空气污染、火灾、蝗灾

目前,地球上每天都有将近76亿人从事着各种各样的活动,随着全球人口每天向地球排放大量的温室气体,空气污染和气候问题越来越严重,给人们带来切肤之痛。

世界卫生组织2018年提供的数据显示,每10人中就有9人呼吸着含有高浓度污染物的空气。2019年,世界上有700万人死于空气污染。事实表明,化石能源带来的空气污染可能比新冠病毒更容易威胁人的生命。

2019年是澳大利亚自1910年有记录以来最炎热、最干燥的一年。严重旱情导致了持续7周的丛林大火。

其中,超过4600万英亩的土地被野火焚毁,34人因被火焚烧直接身亡,417人因吸入烟雾等原因间接死亡。根据调查,估计有10亿只野生动物因这场大火而丧生,一些物种更是因为这场野火濒临灭绝。

加利福尼亚州、阿拉斯加州、西伯利亚地区也发生了类似的史无前例的火灾。

2020年,一场20多年以来最严重的蝗灾在东非爆发,对当地的粮食生产和人民生计造成了严重威胁。

而这场蝗灾危机可以追溯到2018年的两场气旋风暴。

2018年5月的气旋风暴“梅库纳”改变了沙漠环境,为蝗虫的快速繁殖创造了条件;而10月的另一场气旋风暴“卢班”则为蝗虫的再度繁殖推波助澜。

到2019年3月,该地的蝗虫繁殖了三代,数量增加了八千倍。为寻找食物,它们开始了跨越大洲的迁徙之旅。

从图片中可以看到,密密麻麻的蝗虫遮天蔽日,令隔着屏幕的你都忍不住头皮发麻。而现实更为残酷,它们所到之处寸草不生。

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2020年,一场20多年以来最严重的蝗灾在东非爆发,蝗虫遮天蔽日所到之处寸草不生,对当地的粮食生产和人民生计造成了严重威胁

“零水日”到来:22亿人缺乏安全饮用水

对于很多国家和城市而言,水危机已经开始了。

在美国的中西部,灌溉水源正在消失,美国的粮仓正在消失。

在巴西,近20% 的雨林已经消失。我们都知道,如果带走了雨林,意味着将带走雨水……在巴西,这种结果是灾难性的。

今年,在网大为的牵头下,腾讯影业出品了一部纪录片,叫《零水日》(Day Zero),指水用完的那一天。其实,早在2018年,“零水日”就在开普敦持续了90天。为应对水危机,开普敦政府提高了水价,要求人们的淋浴时间不超过2分钟,餐馆和企业鼓励人们上完厕所后不要冲水。在最极端的情况下,居民每天最多只能使用50升水(仅淋浴一分钟就可使用15升水)。

为应对2019年的罕见旱情,澳大利亚也于2019 年6月1日开始实行限水措施。

截至目前,全世界约有22亿人缺乏安全的饮用水,30亿人没有基本的洗手设施,42亿人享受不到基本的卫生服务。全球有一半的超大城市缺水,三分之二的人口面临着季节性或全年水资源紧张。

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腾讯影业出品的一部纪录片,名为《零水日》(Day Zero)

地球上没人管的事:全球规模负面生态效应

接踵而至的生态危机警醒我们,人类在食物、能源、水等诸多领域正面临巨大挑战。然而事实却是,地球上的很多事情其实没人管。

我们生活在一个激动人心、充满挑战的时代。信息从世界各个角落飞速涌向我们的电子设备。各种想法、构思和突发的事件、活动,都在以光速刷屏。

我们在满足日常需求和享受娱乐之外,几乎无暇思考发生在我们周围的、更高层次的全球挑战和问题。

对于我们中的许多人来说,无论我们生活在哪里,现代生活都已经抢占了我们所有的注意力,让我们无法意识到人类真正的责任和追求,我们与自然的直接联系被淡忘了。

只有在风暴袭击城市、空气质量变差、海平面上升、可用水减少的时候,才会强烈感受到我们与自然的紧密联系。

从燃煤发电厂到飞机和汽车,从化肥到现代塑料,当前地球实际架构下的很多解决方案都存在以下问题:

·从来没有为适用全球数十亿人的巨大人口规模而设计。

·从来没有模拟过这些解决方案将会产生什么样的生态影响。

·对全球规模的负面生态效应认识不足。

以塑料为例。塑料当初被引入时,看起来似乎并不是什么大的威胁。当规模不大时,似乎是一个不错的解决方案,但现在塑料的泛滥却严重影响全球生态。

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塑料的泛滥严重影响了全球生态,许多河流都被塑料垃圾污染

地球生态被“投资回报”思维捆绑

一说到地球生态,问题来了:谁来为此买单?钱从哪里来?有人为这些革命性的想法提供资金吗?

想象一下,你已经制造了50年的汽油动力车,并且你所在的公司已经建立了一个庞大的全球供应链,现在组件成本很低且可预测,汽车的设计依旧管用,加油站无处不在。

尽管这种生产不符合自然生态的可持续发展,但它已经存在,标准已经制订好了,投资已经进行了,生产运营已经开始了……

那为何要改变现状呢?如果你改变这种架构,或者不再使用它,  投资者如何收回他们的钱?

如果你一直在为这个架构提供资金,那么关闭或者改变这条全球供应链,是不是对你的产权和投资回报来说是个巨大打击?

显然,几乎所有企业和投资者都陷入了一种困境:

在前景不确定的情况下,我们能对新一代的智能基础设施进行投资吗?优化后的架构成本可能会更高吗?它会改变供应链吗?如果投资者不想再进行投资怎么办?

这并不是因为人们对新的智能基础设施有偏见,而是他们希望采用更加保守的、现有的、经过验证的设施,毕竟,他们追求的是投资回报率,而应对全球性挑战不在他们的投资任务范围之内。他们认为,自有肩负义务和职责的人去解决全球问题。

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地球生态被“投资回报”思维捆绑,人们对新的智能基础设施有偏见,他们希望采用更加保守的、现有的、经过验证的设施,毕竟,他们追求的是投资回报率

中国为地球带来的机遇:“一带一路”倡议

面对人类危机,政府的角色至关重要。

作为一项全球倡议,“一带一路”倡议为世界各国带来了重要机遇。它可以倡导并帮助世界各国,投资能够与人口长期增长同步发展的、具有弹性的FEW-SHES(即食物(Food)、能源(Energy)、水(Water)、安全和保障(Safety&Security)、健康(Health)、环境(Environment)、栖身之所(Shelter))架构。

“一带一路”倡议可以被更准确地重新定位,成为一揽子解决方案,旨在帮助所有参与地区建设具有弹性的关键基础设施,比如随时准备应对大规模人类活动和气候变化的后果,而不会进一步加剧气候变化或生态破坏。

积极参与并应对气候变化带来的全球挑战,以弹性、持久、可以承受气候变化的方式改善人类生活,同时不会进一步加剧挑战。

“一带一路”倡议可以更加直接地演变为一场推动重建绿色地球的运动,中国在推动这一进程中发挥着核心作用。

 “一带一路”倡议的新定位,既可以满足中国国内的增长目标,又能促进中外合作伙伴和企业实体的合作与发展。中国的很多技术有助于建设弹性架构,比如太阳能电池板、风车和电池等,可以直接被纳入“一带一路”倡议。其他国家的技术,如果对改进全球FEW-SHES架构具有重要价值,也可以通过合作伙伴关系纳入“一带一路”倡议。

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中国的很多技术有助于建设弹性架构,比如太阳能电池板、风车和电池等,可以直接被纳入“一带一路”倡议

绿色和弹性架构也有助于增强中国的自主性,增强国家间的合作。

“一带一路”倡议可以是一项推动地球长期“绿色化”的重要举措,中国将成为积极主动和负责任的全球规模投资者——也许是愿意采取果断行动的最大的投资者。

这些影响可以超越“一带一路”倡议的投资范围,并扩展到科学和创新领域,以确保全球解决方案的渠道不断拓展。

除了“一带一路”倡议的投资计划,中国还可以赞助或举办更多的科学交流和教育活动,“一带一路”倡议将成为应对地球最大挑战的基石。

养活一批西红柿“T先生”,AI全程控制能量需求

想象一下,如同科幻片一样,各种传感器被安装在一株西红柿上,暂且称它为“T先生”。

T先生发出了饥饿的信号,传感器捕获到这一信号,并立即发送给AI大脑,AI大脑迅速做出决策,将肥料配比好,把光线调整好,开始为T先生供水。

AI大脑不断调整水、肥、光的比例,给予T先生刺激信号,让它把营养输送到果实中,叶子中只保留蒸腾作用所必需的水分。

当传感器发现T先生的果实收到了足够多的养分,无法再吸收时,只能将水分、养分送到叶子中。AI大脑就做出决策,减少水分、养分供应,调暗光线,让T先生休息一下。

通过不断试验,AI大脑收集了足够多的数据,反复训练构建出西红柿的生长模型,又不断总结规律,发现T先生的兄弟姐妹们都有同样的习惯,这就形成了新的种植模式,成千上万公顷的西红柿就可以按照同样的水、肥、光进行配比管理,无效蒸腾的比例就会大幅下降,也就实现了农作物的生理节水。

借助AI技术发展精准农业,能够减少水资源浪费,是农业发展的必由之路。

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借助AI技术发展精准农业,能够减少水资源浪费,是农业发展的必由之路

植人时代:人类直接进行光合作用,AI精确控制

植人时代,人类借助于AI技术,通过其衣服、鞋帽、表皮涂层等均能充分便捷地利用太阳能、风能等可再生能源,可以通过便利的数字接口等直接与周边进行能量与物质的交换和交易。

植人时代,人类通过自能源体系直接进行光合作用,生成碳水化合物等有机物,为肌体供给能量和营养。

未来某个人在户外运动,他的衣服、裤子、帽子甚至体表涂的防晒霜等都可以自动吸收他运动产生的热量、微风吹过的能量以及光照,然后自动收集储存,这些能源可以用于给自己的智能设备(如手机、人机辅助设备)充电,给关节热敷治疗,也可以与外界交易或者捐赠等;

一辆行驶在公路上的汽车可自动采集光照、运动气流等能源并将其储存,也可以通过道路先进装置自动采集汽车与路面摩擦产生的能量,这些能源可以用于驱动汽车运行、给别的汽车充电或参与交易等;

一幢建筑物可以通过表层能源采集装置或地理位置等进行设计与优化,从而最大限度地开发可再生能源、节省自身用能等,形成单体的能源生产和消费,通过与外界交易,最终实现能源供需平衡。

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植人时代,人类借助于AI技术,通过其衣服、鞋帽、表皮涂层等均能充分便捷地利用可再生能源,可以通过便利的数字接口等直接与周边进行能量与物质的交换和交易

智能配水:超大型城市每一滴水都不浪费

未来超大型城市一定是节约型城市,对水资源也一样,节水是超大型城市的必然选择。

水与石油、电力等能源不同,水具有再生利用的属性。对于一个家庭来说,淘米的水可以用来浇花,洗衣服的水可以用来拖地,还可以用来冲马桶。

这是一个理想场景,假设我们每个人都这么做,城市确实可以节约很多水,但是仔细想一下:  我们真的这么做了吗,还是只是偶尔心血来潮节约一次水,但大部分时候没有把节水当回事?

为什么呢?因为它不方便。

那么就需要构建一套复杂的城市供水管理系统,这套系统不仅有供水调度系统,还掌握整座城市运行的大数据,从而为每个时段的用水信息,即需要的水量、水质、用途和排放情况建立精准的预测模型。

建立并运行这样一个复杂的城市供水调度系统,需要大量的用水信息和极其复杂的优化计算能力以及快速的系统响应能力,目前的信息量和数据计算潜力还没有充分发挥其作用。

未来,AI技术的发展将打破信息孤岛,加速数据融合,从而整合出一套精细化的城市供用水信息,并融合AI数据处理技术,在超大型城市中实现水资源的优化调配,让每一滴水都发挥出最大的作用,最终未来城市缺水的问题将大为改善甚至被彻底解决。

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“一带一路”倡议、中国政府对生态环境的重视、中国在数字经济和人工智能方面的热情和动力,“AI FOR FEW”或将助力可持续发展。

“一带一路”倡议、中国政府对生态环境的重视、中国在数字经济和人工智能方面的热情和动力,还有我们为“AI FOR FEW”做出的脚踏实地的探索,有了这一切,“AI FOR FEW”或将助力可持续发展。

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作者:网大为(腾讯公司首席探索官)

编辑:钱亦琛

责任编辑:李念

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