美军的“超级士兵”离投入实战还有多远?

美军的“超级士兵”离投入实战还有多远?
2019年12月08日 21:53 制造界网

来源/全球技术地图(ID:drc_iite)

作者/刘发鹏

近年来,新兴技术不断取得突破,研发投入持续增加,推动“超级士兵”研究进入高潮,离实战化应用越来越近。近日,美国陆军作战能力发展司令部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,已开始讨论“超级士兵”应用层面问题,以及法律、伦理和社会影响等问题,反映出美军“超级士兵”正在走向成熟。

“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)。“超级士兵”作为概念性的未来科技,常出现在科幻小说、电影或游戏中,似乎与现实世界遥不可及。近年来,伴随着生物、信息、新材料和智能机械等技术不断成熟,以及军方在该领域的研发投入不断加大,“超级士兵”其实正在走入现实战场。美军凭借雄厚的资金和科技优势,结合超前的军事理念,已发展成为“超级士兵”的主要探索者和全球领先者。

1/ 美国“超级士兵”发展概要及主要部门

美国一直热衷于让士兵拥有“特殊”能力的研究。早在1950年,美国中央情报局(CIA)为设计一种能够控制人的特殊审讯技术而建立了“蓝鸟项目”,让超过7000名美军士兵在不知情的状态下,服用致幻剂LSD。

1990年,从美军退役后转入美国防部高级研究计划局(DARPA)工作的四星将军保罗·戈尔曼在一篇学术论文中首次提出“超级士兵”的构想。戈尔曼认为,美军应研发使战场上脆弱的人变成“超级士兵”的“骨骼外衣”(或称外骨骼或动力服),“让士兵具备强大的指挥、控制、通信和情报能力”。在戈尔曼将军等人的大力推动下,美国DARPA从只专注于研发先进武器平台开始转向美军士兵的战场能力提升。2001年,DARPA公布了两款“外骨骼”研究成果,分别是洛克希德·马丁公司的“人体附中骨骼外衣”和雷神公司的“骨骼外衣系统”。其中前者突出负载功能,后者突出负载和防护功能兼顾。以“人体附中骨骼外衣”为例,在一次充满电后,可保证美军士兵以4.8公里/小时的速度,背负90公斤连续行进1小时,冲刺速度则可达到16公里。

除此之外,DARPA还致力于从基因和药物方面突破人的体能。例如,研究人员分别研究了使士兵增长肌肉、跳得更高、跑得更快的生物医学技术,可以抑制疼痛的疫苗,可以让士兵更长时间无需睡觉的药物,甚至研究了如何让士兵处于“假死”状态等。

自2016年起,DARPA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。

2018年,美国陆军研究实验室委托新美国安全中心(CNAS)进行“超级战士”系列研究,共发布《提高士兵生存能力的策略》《新兴技术》《人效增强》《保护士兵免收爆炸伤害》《当前士兵保护》《超级战士:总结和建议》等7份报告。该研究旨在确定在未来20-30年内能提高士兵生存能力和作战能力的概念、技术和高回报科技投资领域。报告发现目前的防弹系统存在头盔难以抵抗爆炸伤、防弹衣过重从而降低士兵的机动性和作战能力、防弹衣未能起到全面保护作用等3个主要缺点。为此,报告提出了增强大脑防护、减轻士兵负担、利用新兴技术等3个主要建议及相应的40多条具体建议。

2019年11月19日,美国陆军作战能力发展司令部化学生物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,汇报了可用于未来战争的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。该报告还进一步探讨了“超级士兵”在应用后,将对社会产生的深刻影响,包括道德、法律和社会规则及规范等。美军开展应用层面的讨论,也间接揭示了美军超级战士距离实战应用已不再遥远。

2/ “超级士兵”前沿技术进展

(一)脑机接口技术。脑机接口(brain-computer interface,BCI)是一种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的装置。近期,双向脑机接口的出现已经允许脑和外部设备间的双向信息交换。

美国军方认为,未来战场将出现大规模无人机群、集成度越来越高的操作平台以及人工智能武器或装备等。士兵需要迅速对大量信息做出分析和回应,并同时进行多任务操作。显然,目前的士兵操作模式无法满足未来战场的复杂环境。于是,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” (RevolutionizingProsthetics)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”(Next-GenerationNonsurgical Neurotechnology,N3)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+”(Bridging the Gap Plus,BG+)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。

(二)外骨骼技术。外骨骼是一种符合人体结构特征,可穿戴于单兵体外的伴随式智能系统,通过感知人体运动意图同步“跟随”人体运动,借助能源和机械力量能增强单兵力量、运动速度和耐力等机能。

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。

早期研发的外骨骼过于笨重,近年来美军又发展了柔性外骨骼,如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。其中“勇士织衣”项目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。

(三)视觉增强。用于成像、视力提升和态势感知的视觉增强技术包括两类:一是指能够修补视力的体内植入物,可以接收视觉影像,并转化为电子信号刺激神经,将信息传入大脑;二是指利用伸缩式隐形眼镜、夜视隐形眼镜、智能眼镜等新型可穿戴设备,实现对环境更好的感知。

通过眼内或大脑内植入技术,人类能恢复并提升原有视力。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。

利用先进的视觉增强可穿戴技术,及时感知和了解原来无法直接观察的战场环境,让人们变成“千里眼”。士兵将告别对繁杂笨重的侦察、通信设备的依赖,实时接收来自数百千米以外指挥部传输的指令、地图等信息,查询、获取和感知来自其他侦察系统的动态情报。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。

(四)听觉增强。除了视觉能力的增强,听觉也是人体增强的重要内容之一。目前,美军在听觉方面的公开研究项目相对较少,但从一些研究进展中,也能发现听觉增强在“超级士兵”中的应用潜力。例如,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。

(五)其他生物增强。美国DARPA为了使美军士兵能够占据未来战场的主动权,突破士兵自身的身体、心理和认知局限,开展了一系列旨在解决士兵的疼痛、伤病和失血过多等问题。其中,“作战持久力”项目是DARPA与生物技术公司合作,研发止痛疫苗。这种疫苗能够减轻发炎和肿胀造成的病痛。士兵被注入疫苗后的30秒内会有极度痛感,但此后的30天内将不会再感到疼痛。为解决止血问题,DARPA开展了“士兵自救”项目。在该项目中,士兵体内被注入数以百万计的微型磁体,如果有伤口流血,这些微型磁体就会聚集到伤口处止血。另一种能够帮助受伤士兵止血或避免伤情恶化的方式是使士兵处于一种类似于休眠的状态。DARPA于2018年推出“生物停滞(Biostasis)”项目,欲通过采取生化手段,控制伤员细胞内催化一系列生化反应过程的蛋白质水平,使细胞活动接近停止,延长伤员救治的黄金时间。为提高士兵肌肉力量和耐力,DARPA开展了“士兵身体机能提升”项目。美军当前开展的“靶向神经可塑性训练”项目,是通过电流刺激大脑,旨在使士兵“悟性大增”,短时间内提高外语学习和战场定位等多方面的能力。

3/ 对我启示

(一)重视新兴技术的基础研究及其在“超级战士”方面的应用研究。近年来,众多与打造“超级士兵”相关的新兴技术纷纷取得突破性进展。CRISPR基因编辑技术可进行人体基因修改、脑机接口技术可实现神经信号直接控制程序或设备、合成生物学可用于生产具有特殊功能的新型生物材料、3D打印可生产定制化的穿戴设备等。“超级士兵”研究进入了高潮,离实战化应用越来越近。

我国应重点关注与“超级士兵”相关的新兴技术,主要包括新材料技术(增强防弹衣防护能力、减轻外骨骼重量以及具有特殊功能的其他新颖材料)、电池技术(增加可穿戴设备或外骨骼续航时间)、生物技术(主要包括基因编辑技术、神经科学、合成生物学和生物药物等)、3D打印、机械制造和信息技术等。

(二)密切关注美军 “超级士兵”的研究进展,以及美军与北约等军事盟友的相关合作,防范单兵对抗层面的失衡。美军在单兵作战能力提升方面投入巨大,并且有近30年的经验积累。在武器装备层面积极研制和追赶的同时,我国也应关注美军在单兵作战方面的研究进展。尤其是《2050年机械战士:人机融合与国防部的未来》报告向美国国防部建议,应探讨美军与北约等军事盟友在“超级战士”方面的协同作战,以及由此可能带来的影响。表明未来不止美国,包括北约在内的美国盟友们都有可能发展和装备“超级士兵”。单兵作战能力的失衡或将深刻影响和改变国家间的军事力量对比,威胁国家安全。

(三)积极研究和探讨“超级士兵”的法律、道德和伦理问题,防范“超级士兵”造成的社会不良影响。目前,“超级士兵”相关技术发展速度非常迅速,现有法律、安全与道德框架不足以适应“超级士兵”的发展。我国有关部门若发展“超级士兵”,应开展前瞻性的政策、法律和伦理研究。这些措施可以保护个人隐私、维护安全、管控个人与组织风险。

“超级士兵”一方面能够保护士兵生命、提高士兵战场表现;另一方面,其超越常人的能力也可能会造成社会恐慌和对社会失衡的担忧。更真实、更全面的报道,以及增加政府使用这些技术的透明度,将有助于更好地教育公众,减轻社会忧虑,并消除有效运用这些新技术的障碍。更加知情的公众也有助于反映社会的关注焦点,如隐私等问题,以便使军方可以尽可能地制定消除公众顾虑的策略。

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