美軍“超級士兵”正走向成熟
2019-12-24 15:15:08
來源：中國指揮與控制學會
美軍“超級士兵”研究漸入高潮，離實戰化應用越來越近。2019年11月19日，美國陸軍作戰能力發展司令部(CCDC)化學生物學中心向美國國防部提交了題為《2050年機械戰士：人機融合與國防部的未來》的報告，涉及可用于未來戰爭的4大變革性技術：腦機接口、視覺增強、聽覺增強和外骨骼戰斗服等。該報告還討論了“超級士兵”應用層面問題，反映出美軍“超級士兵”正在走向成熟。
CCDC化學生物學中心向美國國防部提交了《2050年機械戰士：人機融合與國防部的未來》報告。報告中描述了將打造未來用于戰爭的機械戰士——Cyborg戰士，其中涉及4種重大變革技術：
1. 用于傾聽和交流的聽覺增強;
2. 用于成像、視力和情景意識的視覺增強;
3. 通過光遺傳學緊身衣進行的程序化肌肉控制;
4. 用于雙向數據傳輸的人腦神經增強。
一、概述
“超級士兵”是指通過基因工程、藥物、極端訓練、先進機械輔助裝備等手段，大幅增強士兵戰斗能力或使士兵超越人類的身體限制，主要包括生理增強和物理增強（或機械增強）。美國國防部和DARPA一直是美國超級士兵的主要研究架構。英媒表示，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)在2017年就公布了創立精英戰斗部隊的計劃。并為此投入了超過6000萬美元，讓研究團隊在對神經網絡在操作大腦中起到的作用。
自2016年起，DARPA就啟動了一系列旨在通過士兵神經信號直接控制武器或設備的腦機接口項目；2017年，美國海軍在海豹突擊隊士兵身上測試“經顱電擊技術”，旨在研究通過大腦神經刺激裝置訓練來增強士兵的注意力和縮短反應時間；2018年，美國國防部投資1500萬美元研究“生物增強型”超級戰士，旨在增強士兵對極端環境的耐受性、感官應變能力以及整體的身體素質。2019年5月，DARPA宣布有6個團隊將獲得其正在進行的“下一代非手術神經技術”（N3）項目的資助，開發在不進行手術的情況下為為人腦和機器之間的快速無縫通信提供雙向通道的相關技術，其中2個團隊分別獲得1800萬美元和1950萬美元的資助。此外，DARPA還致力于從基因和藥物方面突破人的體能。
二、“超級士兵”前沿技術進展
（一）聽覺增強技術
用于交流和保護的聽覺增強——超級聽力
聽力在戰場上是至關重要的，目前士兵們戴著消音耳罩來屏蔽武器的噪音，但這種耳罩相對笨重。目前聽力增強技術非常具有侵入性（物理上取代了中耳骨和耳蝸），它只適用于嚴重聽力喪失的服役人員，而且這種增強是不可逆轉的。但是，到2050年，新技術的侵入性可能會小得多，更容易獲得。
美軍在聽覺方面的公開研究項目相對較少，但近期的一些研究進展表明聽覺增強技術在“超級士兵”中具有很大的應用潛力。比如，美國普林斯頓大學工程師利用3D打印技術制造出世界第一個仿生耳，該裝置可以接收聲波與超聲波信號；美國哈佛大學研究人員利用基因編輯技術治療小鼠遺傳性耳聾；美國杜克大學科學家發現了小鼠大腦中存在從大腦運動皮層到聽覺皮層直接連接的內置噪聲消除回路，可使大腦學會對可預測的自發運動聲音進行消除并避免做出反應。
（二）視覺增強技術
增強眼部的成像、視覺和情景感知能力——超級視覺
目前美國士兵使用笨重的夜視鏡在黑暗中看東西。這項研究概述的第一個可行的能力是半機械眼，它有兩種技術實現途徑：一種途徑是在現有眼球上放置一個“眼睛增強系統”，士兵可以在其中學習如何解讀收集到的數據；在另一種情況下，眼球將被物理取出，并被替換為增強眼球，其收集的數據將“直接進入眼睛后面的視神經束”。
DARPA開展的“神經工程系統設計計劃”（NESD）項目計劃制造能夠連接一百萬個神經元的高保真度大腦植入芯片。該芯片將能夠將外界信號轉化成電子信號，然后逆向反饋至神經元中，使失明者重新感知外部世界。美國加州大學洛杉磯分校的科學家研發出一種植入盲人大腦的實驗裝置Orion，可使盲人部分恢復視覺感知。DARPA在“士兵視覺增強系統”項目下開始研發一種隱形眼鏡，該隱形眼鏡可以增強作戰人員的正常視力，佩戴該隱形眼鏡的作戰人員可以看到虛擬的、增強現實的圖像，整個過程無需借助龐大笨重的儀器。2014年，美國密歇根大學的科學家將可感應光子的石墨烯薄層嵌入到鏡片之中，發明了一種比指甲還小的夜視隱形眼鏡原型，使昏暗的圖像看起來更明亮，該技術的應用將使未來軍人取下頭盔上笨重的夜視鏡，代之以輕便的夜視隱形眼鏡。此外，DARPA目前正在資助一個新型隱形眼鏡項目，該隱形眼鏡能夠讓人眼具備2.8倍光學變焦能力。最近，美國馬薩諸塞州州立大學和中國科學技術大學的研究團隊利用稀土納米粒子（ UCNPs）靶向小鼠的感光細胞，然后注射入小鼠視網膜后面，使小鼠能夠看到近紅外光，突破了哺乳動物的視覺極限。該技術或可用于發展士兵的“裸眼觀測紅外”能力。
（三）肌肉增強技術
通過光遺傳緊身衣傳感器網恢復和編程肌肉控制，一套恢復服可以使疲憊的肌肉恢復活力，讓身體疲憊的士兵更快地恢復元氣。在皮膚下插入傳感器，當需要時通過刺激肌肉來幫助控制身體的運動。
研究表明，這將有助于通過自動避免危險來降低士兵的受傷和死亡率，這很可能用于失去肢體功能的士兵。例如，“傳感器網”將允許由于神經或肌肉損傷而失去腿部功能的人繼續治療，同時也可以用于幫助恢復肢體的功能。這甚至可能為遭受永久性損傷的人提供“長期替代治療”。除了改善功能之外，這最終將允許“作戰人員執行日趨挑戰的任務，這些任務常常將他們推向體能極限。”
美軍在DARPA的“增強人體機能的外骨骼系統（EHPA）”項目推動下，發展了下肢型和全身型外骨骼兩類，最具代表性的是洛克希德馬丁公司的HULC下肢外骨骼和薩克斯公司的XOS全身式外骨骼。另外，美國新研制的“輕型戰術突擊作戰服（TALOS）”是一款集成了全身輕型護甲、助力外骨骼、內置顯示器、態勢感知、生理監控系統的綜合性能的先進外骨骼系統。近年來，DARPA的“勇士織衣”（WarriorWeb）外骨骼、哈佛大學的柔性外骨骼和斯坦福大學的“超柔”（SuperFlex）外骨骼等。“勇士織衣”研發的軟式動力裝置，使用了更輕柔的材質，在不阻礙使用者活動的情況下，能夠進一步減少使用者的體能消耗。
（四）用于雙向數據傳輸的人腦神經增強——腦機接口
腦機接口能夠將大腦信號轉化成直接控制外界武器和機械設備信號。DARPA通過啟動一系列腦機接口研發項目，不斷推動著該技術的突破，主導著技術發展方向。2019年，DARPA啟動的“溝通+”項目，首次將腦機接口擴展到脊髓接口，開拓了新的技術方向，豐富了神經控制的途徑，或可進一步提高士兵通過神經控制多設備的能力。報告預計到2030年，特種部隊、軍事飛行員、無人機操作員和情報人員將開始使用神經植入物。特殊的神經植入物將使操作員的大腦能夠與戰場資產（例如武器系統和偵察無人機）以及“鄰近或通過中央網絡的分層中繼在近距離或跨距離”的人員進行交互。
美國DARPA開始研發腦機接口技術，通過啟動一系列腦機接口研發項目，不斷推動著該技術的突破，主導著技術發展方向。2016年，DARPA分別啟動了“神經工程系統設計”（NESD）項目，旨在研究將士兵與電腦直接連接的侵入式腦機接口；“革命性義肢”項目，旨在開發可輔助美軍士兵的腦控制技術。2017年，DARPA啟動了“重建主動記憶”項目（RAM），旨在研發新型非侵入式腦機接口。2018年，DARPA啟動“下一代非侵入性神經技術”項目，旨在研究多個腦位點同時讀寫，實現人機多任務協同。DARPA通過這些項目，使腦機接口技術從侵入大腦、單一任務向非侵入大腦、多任務協同不斷進步。2019年，DARPA啟動的“溝通+”項目，首次將腦機接口擴展到脊髓接口，或可進一步提高士兵通過神經控制多設備的能力。
三、建議
該報告預計到2030年，特種部隊、軍事飛行員、無人機操作員和情報人員將開始使用神經植入物。國防部向公眾保證：“人機融合技術將會帶來巨大的好處，對人類產生積極的生活質量影響，同時最大限度地提高安全性我們的社會，比如恢復因疾病或傷害而喪失的部分功能。”預計到2050年，這些技術將應用于民用領域，因此需要加速法律、安全和現有倫理框架的不平衡、不平等等問題。
研究小組在報告中向國防部領導提出了7點建議，分別是：
1. 國防部應該重新審視全球和社會對人機增強的看法。
2. 美國領導人應該利用像北約這樣的論壇來討論機器人的進步如何影響盟軍在行動中的互操作性。
3. 國防部應該開始投資法律、安全和道德框架，以預見新興技術，并更好地為它們的影響做好準備。
4. 國防部應該努力扭轉“機器人技術的負面宣傳”。軍方對該技術的采用向民眾透明化將有助于緩解人們的擔憂。
5. 國防部應該使用軍事演習來衡量不對稱生物技術對戰術、技術和程序的影響。
6.應該舉全國之力來發展機器人技術，而非僅僅由于政府進行主導，企業和政府之間應加強合作。
7. 應密切監測相關技術對人類的長期安全所帶來的問題和影響。
