美军“超级士兵”正走向成熟

2019-12-24 15:15:08

来源:中国指挥与控制学会

美军“超级士兵”研究渐入高潮,离实战化应用越来越近。2019年11月19日,美国陆军作战能力发展司令部(CCDC)化学生物学中心向美国国防部提交了题为《2050年机械战士:人机融合与国防部的未来》的报告,涉及可用于未来战争的4大变革性技术:脑机接口、视觉增强、听觉增强和外骨骼战斗服等。该报告还讨论了“超级士兵”应用层面问题,反映出美军“超级士兵”正在走向成熟。
    CCDC化学生物学中心向美国国防部提交了《2050年机械战士:人机融合与国防部的未来》报告。报告中描述了将打造未来用于战争的机械战士——Cyborg战士,其中涉及4种重大变革技术:
    1. 用于倾听和交流的听觉增强;
    2. 用于成像、视力和情景意识的视觉增强;
    3. 通过光遗传学紧身衣进行的程序化肌肉控制;
    4. 用于双向数据传输的人脑神经增强。

一、概述
    “超级士兵”是指通过基因工程、药物、极端训练、先进机械辅助装备等手段,大幅增强士兵战斗能力或使士兵超越人类的身体限制,主要包括生理增强和物理增强(或机械增强)。美国国防部和DARPA一直是美国超级士兵的主要研究架构。英媒表示,美国国防部高级研究计划局(DARPA)在2017年就公布了创立精英战斗部队的计划。并为此投入了超过6000万美元,让研究团队在对神经网络在操作大脑中起到的作用。
     自2016年起,DARPA就启动了一系列旨在通过士兵神经信号直接控制武器或设备的脑机接口项目;2017年,美国海军在海豹突击队士兵身上测试“经颅电击技术”,旨在研究通过大脑神经刺激装置训练来增强士兵的注意力和缩短反应时间;2018年,美国国防部投资1500万美元研究“生物增强型”超级战士,旨在增强士兵对极端环境的耐受性、感官应变能力以及整体的身体素质。2019年5月,DARPA宣布有6个团队将获得其正在进行的“下一代非手术神经技术”(N3)项目的资助,开发在不进行手术的情况下为为人脑和机器之间的快速无缝通信提供双向通道的相关技术,其中2个团队分别获得1800万美元和1950万美元的资助。此外,DARPA还致力于从基因和药物方面突破人的体能。
 
二、“超级士兵”前沿技术进展
(一)听觉增强技术
用于交流和保护的听觉增强——超级听力
     听力在战场上是至关重要的,目前士兵们戴着消音耳罩来屏蔽武器的噪音,但这种耳罩相对笨重。目前听力增强技术非常具有侵入性(物理上取代了中耳骨和耳蜗),它只适用于严重听力丧失的服役人员,而且这种增强是不可逆转的。但是,到2050年,新技术的侵入性可能会小得多,更容易获得。
     美军在听觉方面的公开研究项目相对较少,但近期的一些研究进展表明听觉增强技术在“超级士兵”中具有很大的应用潜力。比如,美国普林斯顿大学工程师利用3D打印技术制造出世界第一个仿生耳,该装置可以接收声波与超声波信号;美国哈佛大学研究人员利用基因编辑技术治疗小鼠遗传性耳聋;美国杜克大学科学家发现了小鼠大脑中存在从大脑运动皮层到听觉皮层直接连接的内置噪声消除回路,可使大脑学会对可预测的自发运动声音进行消除并避免做出反应。
(二)视觉增强技术
增强眼部的成像、视觉和情景感知能力——超级视觉
     目前美国士兵使用笨重的夜视镜在黑暗中看东西。这项研究概述的第一个可行的能力是半机械眼,它有两种技术实现途径:一种途径是在现有眼球上放置一个“眼睛增强系统”,士兵可以在其中学习如何解读收集到的数据;在另一种情况下,眼球将被物理取出,并被替换为增强眼球,其收集的数据将“直接进入眼睛后面的视神经束”。
     DARPA开展的“神经工程系统设计计划”(NESD)项目计划制造能够连接一百万个神经元的高保真度大脑植入芯片。该芯片将能够将外界信号转化成电子信号,然后逆向反馈至神经元中,使失明者重新感知外部世界。美国加州大学洛杉矶分校的科学家研发出一种植入盲人大脑的实验装置Orion,可使盲人部分恢复视觉感知。DARPA在“士兵视觉增强系统”项目下开始研发一种隐形眼镜,该隐形眼镜可以增强作战人员的正常视力,佩戴该隐形眼镜的作战人员可以看到虚拟的、增强现实的图像,整个过程无需借助庞大笨重的仪器。2014年,美国密歇根大学的科学家将可感应光子的石墨烯薄层嵌入到镜片之中,发明了一种比指甲还小的夜视隐形眼镜原型,使昏暗的图像看起来更明亮,该技术的应用将使未来军人取下头盔上笨重的夜视镜,代之以轻便的夜视隐形眼镜。此外,DARPA目前正在资助一个新型隐形眼镜项目,该隐形眼镜能够让人眼具备2.8倍光学变焦能力。最近,美国马萨诸塞州州立大学和中国科学技术大学的研究团队利用稀土纳米粒子( UCNPs)靶向小鼠的感光细胞,然后注射入小鼠视网膜后面,使小鼠能够看到近红外光,突破了哺乳动物的视觉极限。该技术或可用于发展士兵的“裸眼观测红外”能力。
(三)肌肉增强技术
     通过光遗传紧身衣传感器网恢复和编程肌肉控制,一套恢复服可以使疲惫的肌肉恢复活力,让身体疲惫的士兵更快地恢复元气。在皮肤下插入传感器,当需要时通过刺激肌肉来帮助控制身体的运动。
     研究表明,这将有助于通过自动避免危险来降低士兵的受伤和死亡率,这很可能用于失去肢体功能的士兵。例如,“传感器网”将允许由于神经或肌肉损伤而失去腿部功能的人继续治疗,同时也可以用于帮助恢复肢体的功能。这甚至可能为遭受永久性损伤的人提供“长期替代治疗”。除了改善功能之外,这最终将允许“作战人员执行日趋挑战的任务,这些任务常常将他们推向体能极限。”
     美军在DARPA的“增强人体机能的外骨骼系统(EHPA)”项目推动下,发展了下肢型和全身型外骨骼两类,最具代表性的是洛克希德马丁公司的HULC下肢外骨骼和萨克斯公司的XOS全身式外骨骼。另外,美国新研制的“轻型战术突击作战服(TALOS)”是一款集成了全身轻型护甲、助力外骨骼、内置显示器、态势感知、生理监控系统的综合性能的先进外骨骼系统。近年来,DARPA的“勇士织衣”(WarriorWeb)外骨骼、哈佛大学的柔性外骨骼和斯坦福大学的“超柔”(SuperFlex)外骨骼等。“勇士织衣”研发的软式动力装置,使用了更轻柔的材质,在不阻碍使用者活动的情况下,能够进一步减少使用者的体能消耗。
(四)用于双向数据传输的人脑神经增强——脑机接口
     脑机接口能够将大脑信号转化成直接控制外界武器和机械设备信号。DARPA通过启动一系列脑机接口研发项目,不断推动着该技术的突破,主导着技术发展方向。2019年,DARPA启动的“沟通+”项目,首次将脑机接口扩展到脊髓接口,开拓了新的技术方向,丰富了神经控制的途径,或可进一步提高士兵通过神经控制多设备的能力。报告预计到2030年,特种部队、军事飞行员、无人机操作员和情报人员将开始使用神经植入物。特殊的神经植入物将使操作员的大脑能够与战场资产(例如武器系统和侦察无人机)以及“邻近或通过中央网络的分层中继在近距离或跨距离”的人员进行交互。
美国DARPA开始研发脑机接口技术,通过启动一系列脑机接口研发项目,不断推动着该技术的突破,主导着技术发展方向。2016年,DARPA分别启动了“神经工程系统设计”(NESD)项目,旨在研究将士兵与电脑直接连接的侵入式脑机接口;“革命性义肢”项目,旨在开发可辅助美军士兵的脑控制技术。2017年,DARPA启动了“重建主动记忆”项目(RAM),旨在研发新型非侵入式脑机接口。2018年,DARPA启动“下一代非侵入性神经技术”项目,旨在研究多个脑位点同时读写,实现人机多任务协同。DARPA通过这些项目,使脑机接口技术从侵入大脑、单一任务向非侵入大脑、多任务协同不断进步。2019年,DARPA启动的“沟通+”项目,首次将脑机接口扩展到脊髓接口,或可进一步提高士兵通过神经控制多设备的能力。
 
三、建议
     该报告预计到2030年,特种部队、军事飞行员、无人机操作员和情报人员将开始使用神经植入物。国防部向公众保证:“人机融合技术将会带来巨大的好处,对人类产生积极的生活质量影响,同时最大限度地提高安全性我们的社会,比如恢复因疾病或伤害而丧失的部分功能。”预计到2050年,这些技术将应用于民用领域,因此需要加速法律、安全和现有伦理框架的不平衡、不平等等问题。
     研究小组在报告中向国防部领导提出了7点建议,分别是:
     1. 国防部应该重新审视全球和社会对人机增强的看法。
     2. 美国领导人应该利用像北约这样的论坛来讨论机器人的进步如何影响盟军在行动中的互操作性。
     3. 国防部应该开始投资法律、安全和道德框架,以预见新兴技术,并更好地为它们的影响做好准备。
     4. 国防部应该努力扭转“机器人技术的负面宣传”。军方对该技术的采用向民众透明化将有助于缓解人们的担忧。
     5. 国防部应该使用军事演习来衡量不对称生物技术对战术、技术和程序的影响。
     6.应该举全国之力来发展机器人技术,而非仅仅由于政府进行主导,企业和政府之间应加强合作。
     7. 应密切监测相关技术对人类的长期安全所带来的问题和影响。
 

 
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