军事领域即将进入自主化时代 对美军《自主性》研究报告的分析与解读
2017-02-16 13:14:25

    2016年,美国国防部国防科学委员会公开发布题为《自主性》的研究报告。报告分析了当下自主技术的发展态势与技术应用面临的难题,提出了加快自主技术应用需要采取的措施、可能派上重要用场的现实应用领域,围绕这些领域设计了一批重点攻关项目,并展望了未来“可观的”应用前景,相关内容与观点值得关注与解读。

一、报告的重要内容与观点

  (一)自主技术已陆续取得重要突破

  1.传感器技术已经实现全频谱探测

  新世纪以来,光电、红外、雷达各种类型传感器形成了对物理世界的全频谱探测能力。美空军已开发数据融合与分析软件来进行时敏目标定位,经演示验证,该软件在自主检测移动人员与车辆方面的成功率大于90%。

  未来,传感器技术将进一步向类似人体的视觉、嗅觉方向发展,形成高保真触感和情景探测能力。

  2.机器学习、分析与推理技术已经实现以任务为导向、以规则为基础制定决策

  机器已经具有大容量计算处理能力,能够以任务为导向、以规则为基础制定决策,能够借助培训用数据进行学习。美国国防后勤局(DLA)在后勤系统中引入自主化技术,过去十五年间,该局向军队提供物资与保障的业务经费总额从170亿美元上升至460亿美元,且实现了后勤人员数量无增长、战备水平创历史记录的良好效果。

  未来,自主系统思考/决策能力可实现基于思想的推理、近乎直觉的判断能力。

  3.运动及控制技术已经实现路线规划式导航

  目前,亚马逊公司使用机器人在仓库内自主移动物料,将储存货物拣选效率提升4倍,还基于预期出货进行仓库内存货的动态重新配置。未来,自主系统的行动能力短期将实现躲避障碍的导航,长期可实现动态导航、高自由度传动装置控制。

  4.协同技术已经实现人-机和机-机间基于规则的协调

  人-机间已经实现高人机比率,机-机间已实现基于规则的多平台协调,许多防空和导弹防御系统的操作人员与系统协作识别和确认敌方目标后,发射自主拦截器,随后系统自主探测并截获目标。

  未来,人-机和机-机协作可共享“心理模型”,实现相互之间的可预测性、互相了解意图、完全自适应协调、隐蔽通信。

  (二)军事领域或出现重大变革

  1.实现重大事件预测分析

  数据科学的进步和计算能力的不断提升,提供了利用大数据对未来可能发生的事件进行可追溯预测的可能性。未来有望自主识别事件背后彼此关联的驱动因素,从而列出未来事件可能的发展轨迹,更好地应对类似美驻利比亚使馆遭袭、“阿拉伯之春”运动等事件。

  2.实现自主化集群作战

  未来有望将大量小型固定翼或旋转翼飞机使用目标锁定方式投放到预定区域,整体实现对“前方弹药补给和加油点”的攻击覆盖,而不是对点目标进行精确锁定。如果自主化武器蜂群的规模足够大,就能够通过消耗防御武器或超过同时防御的目标数量方式,压制“前方弹药补给和加油点”的防御能力。

  3.检测入侵物联网节点的攻击行为

  物联网理论上可以包含数量超乎想象、几乎任何种类的设备,据一项研究估计,到2020年,物联网将包含500亿个设备,总产值超过3万亿美元。由惠普公司发布的一项研究结果表明,70%最常用的物联网设备中都有可被利用的漏洞。面对如此巨大的安全隐患,未来将唯有自主系统能够进行入侵检测与防护。

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  4.实现可抗击网络攻击的自主武器系统

  当前的网络防御工具主要是利用网络资源来保护网络,但自主武器系统可能会在通信受阻的电磁环境下执行任务,其网络防御需要另辟蹊径。未来自主武器系统有望在没有人工干预条件下,判断被攻击子系统对任务执行的影响程度,并恢复关键子系统的能力,或在适当情况下隔离或关闭无关紧要的子系统。

  5.自主规划空中作战

  当前,执行一次大型空中作战行动一般需要20分钟,而规划一次这样的行动却需要40~50人耗时12小时,且必须在任务开始前24小时完成。自主技术有望显著加快作战规划的制定。如报告就建议美国空军研究实验室开展一项挑战课题,目标是在确定行动任务后的1小时内制定出作战规划。

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  (三)树立对自主技术的信心是发展的核心问题

  虽然自主系统发展已经取得重大进展,但其存在固有问题,如机器与人类的感知与思维模式不同、机器缺乏自我认知与环境感知、自主运行过程中可观察性、可预测性、可指导性以及可审查性低、人机协作时二者对共同目标的认知不一致、人机间存在直接进行语言交流的障碍、机器难以实现人类水平的自学习能力等。这些问题直接影响着人们对自主系统的信任,以下几个方面影响尤其显著。

  1.不信任自主化系统遂行指挥控制活动。

  从根本上说,无论由人还是机器实施指挥控制,所有行动、尤其是作战相关行动,必须依照政策等规范执行。机器在理解政策规范的目标与方法方面与人类相比均存在较大差距,绝大多数的自主作战系统应该依照负有直接监管职能的战场指挥官的引导与指示行事。

  2.不相信能实现真正高水平人机协同与作战协同

  有效的人机协同需要所有队员奉行共同目标,这要求保持目标认知的一致性,但让机器了解团队目标、推断指挥官意图,对设计师和操作员未预见的情况进行处理,这实现起来难度很大。

  3.在文化、政策与法律问题方面存疑

  人们通常会对自主系统,尤其是火力打击型自主系统失控、落入敌方等情形产生担忧。尽管美军官方的政策与法律对此有明确阐述,但公众不确信政策法律足以保证这种担忧的发生。传统思维惯势与文化也加剧了这种担忧,一些著名科学家和技术专家近期发表声明,试图宣传快速应用人工智能和自主机器人可能带来严重后果,如史蒂芬·霍金发出警告,人工智能可终结人类。

二、简要分析

  1.报告的观点与内容值得高度重视

  国防科学委员会(DSB)是美国国防部权威的决策咨询机构,他们提交的这份《报告》的内容与观点得到了国防部负责采办、技术与后勤的副部长的高度认可,将对美军自主化技术发展走向产生影响。美军自主化技术发展走向毫无疑问是我们关注的焦点,倒逼着我们重视分析研究这份报告。

  2.要站在战略的高度重视自主化技术的发展

  自主性的核心支撑技术是人工智能,自主化技术的每一个进展都是迈向智能化时代的坚实步伐。目前大家普遍认为,智能化是新一轮科技革命的核心,将成为撬动社会转型的杠杆。

  当前,人工智能发展的拐点已经到来。1995年,世界知名信息技术研究和分析机构Gartner公司发明了技术成熟度曲线模型,或称炒作曲线,用于评估新技术的成熟度。2016年Gartner曲线共对34项新兴技术作出预测。从数量规模来看,智能技术有15项,占比超过40%。特别是在首次引入Gartner曲线的16项新兴技术中,人工智能技术占比超过50%,形成技术集群式发展态势。2016年1月21日,美参谋长联席会议副主席保罗•塞尔瓦在布鲁金斯学会21世纪安全与情报中心召开的对话中呼吁美军及国家重视人工智能对国家和战争的影响。美国知名智库新美国安全中心于2014年出版的报告《20YY:为机器人时代的战争作准备》认为,“未来战争将转向全新的战争形态,而对于美国及其盟友、伙伴和对手而言,在这种全新的战争形态中,无人和自主系统将扮演核心角色。美国的军事领导人应未雨绸缪,迎接这个并不遥远的未来——机器人时代的战争。”

  可以说,自主化技术是开启新战争形态的一把钥匙,谁率先拿到这把钥匙,就掌握了下一场战争、下一个战争形态下的战略主导权。

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  事实上,报告清晰列出了自主化技术在军事领域里巨大的现实应用价值。

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  3.要遵循自主化系统特色推进技术研发

  自学习、自适应是自主化系统的重要特色,它意味着自主化系统的功能在持续动态扩展中,自主化系统的行为方式会基于不断积累的经验进行调整。这些特点将极大颠覆目前关于系统采办的基本概念与流程。

  从采办角度看,以往经验表明,设计空间越狭窄、采购任务越易成功。相反,要求越不固定,采购成本越高、成功概率越低。对于功能都难以完全界定的自主化系统,基于功能评估费用的采办模式受到重大挑战。

  从系统测试角度看,传统测试给予测试对象预设的输入,通过判断输出是否与既定响应特性一致来判断是否正确实现既定功能。自主化系统功能与行为方式动态变化,基于功能的标准化输入不再存在,既定响应特性也不再存在,通过传统测试判断系统性能是否达标不再可行。

  类似挑战在设计、维护等各个环节都有体现。因此,从自主化系统特性出发,传统线性推进系统设计、研发、试验、培训、运行与维护流程的发展模式要进行根本性变革,让开发人员与用户在采办的各个阶段进行合作,使所有工作都在一个平行的联合环境中完成,如让建模仿真、试验鉴定、红色小组(指以敌对心态专门针对组织机构及其准则、运行理念与系统提出质疑,进而改善产品或流程的独立组织)审核等均在研发初期介入,且全流程循环开展工作。

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  4.要放置在军民融合发展的大背景下开展技术攻关

  2015年年末,美国联邦航空管理局(FAA)在无人机登记方面引入国家级框架,在最初两个星期内登记的无人机就达18.1万架,国防部的无人机规模相形见绌。自主化系统发展与此类似,民用领域庞大的市场决定了巨大的投入,这个投入远远超过军队的投入。2016中国人工智能大会会议及主办机构认为,全球人工智能产业产值在2018年有望达到2697.3亿元,在2020年有望达到3700亿元。为此报告明确提出,与情报体系合作,搜集更多全球各地在军事相关自主技术方面所取得突破的相关情报,随时发现将民用领域自主化技术引入军事领域的契机,并实行技术引进与插入。

  但也必须看到,军事领域的特色决定自主化技术不能“一买了之”、“一引了之”。一些军事特色突出的挑战仍然需要军方持续大力开展专题性攻关。例如:

  商业部门通常可构建环境以简化自主系统的决策制定流程。但在许多军事任务中,作战环境随时变化,无法构建环境,也就无法简化决策制定流程,无法回避技术挑战;商业部门可以分解问题,先应用自主系统解决简单问题,困难问题留待人工解决。在军事领域的某些应用中,例如强对抗作战环境下,人工解决自主系统无法处理的问题不现实(如扫雷);商业总体上恶意击溃网络系统的行为不多,军事领域网络攻击是一项核心任务,自主系统生存环境明显比商业领域恶劣。

  这些特色决定军队要在一些关键技术攻关上发挥主导作用,充当主要投入者。

  5.要高度重视自主化系统对抗手段研究

  自主化技术作为信息技术的典型代表,在全球范围内有明显的流通性。我们不仅要思考如何利用自己的自主化系统攻击他人,同样要考虑如何防御他人自主化系统的攻击。报告提出的一些思路值得借鉴:使用欺骗技术打乱以规则为基础的逻辑、使敌自主化系统内嵌的处理能力超载、或扰乱敌军供应链。在工作层面应当长期开展反自主化系统的研究,要将网络、定向能、电子战、情报体系等各方面人才纳入到反自主化系统研究力量中来,在训练演习中,为军队对抗部队配备自主系统与反自主能力等。

结束语

  诺基亚没有及时从传统手机转向智能手机,几乎被剔除出手机主要生产商之列;柯达没有及时从胶卷相机时代转向数码相机时代,直接倒闭,轰然倒塌。军事领域里德国率先大规模发展的坦克装甲部队在二战初期几乎碾压了整个欧洲。历史无数次用惨痛的教训表明,如果不能抓住一些关键技术的发展机遇,就会被时代所抛弃,就会落后挨打。因此必须高度重视报告关于发展自主化技术紧迫性的阐述“本项报告认为,自主系统在国防部各种任务中具有重要作战价值,但国防部必须迅速行动以实现这一价值。因为对手与友军同样能够利用全球飞速的技术进步。简而言之,速度决定一切。”

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