人工智能的6个重要服务领域+机器人重塑武装部队的4条主线

《塑造陆军网络2025—2040》：

人工智能的6个重要服务领域

+机器人重塑武装部队的4条主线

本文由信息与电子前沿（ID:caeit-e）授权转载

人类认知能力增强

上文提到的数据分析工具将为2040年战场上提供实现任务需要所必须的态势和选项感知数据。此外为改进选项感知能力，来自于任务知识数据库的历史和背景信息、多渠道情报反馈、关于计划、状态和结果的网络范围内人类和系统通信能力，都将被整合入现有决策空间内的可视化行动选项之中。这些数据的关键来源之一将包括机能化士兵，其所装备的多模式传感假体能够实时监控单个个体（包括队友、敌人、非战斗人员和周围环境）、网络、系统和环境属性。此类假体能够捕捉人体感觉范围以外的数据，同时将那些数据映射回作战人员的其他传感信息之中使用，例如夜视护目镜可将人类肉眼不可见的红外光谱映射到人眼可见影像之中。

健康和保健监视等技术的发展早已超越心率测量的阶段，当前的设备能够持续获取心电图（EKG）、呼吸速率、血液化学成分等级（激素和神经传递素）信息；通过EKGs监控关节和肌肉情况和神经系统活动；通过记录脑波活动的脑电图推断可能的大脑功能等。光学传感器可以捕获可见和不可见的电磁频谱（EMS），后者包括红外线和紫外线等；声学传感器能够在远距离探测到超出正常声波范围以外的微弱声信号。传感器还可以监测生化数据，测量辐射、温度、气压和磁场强度数据等。在经过融合之后，这些信息将通过自动分析工具进行强化并纳入模型驱动的信息显示系统。

这种显示系统将提供一系列咨询服务，包括增强型态势感知、动态计划和选项感知、通信和协同、任务模拟、人机接口以及基于模型的融合和分析等，下文将逐一对这些领域进行描述。

1. 增强型态势感知

网络共享的通用操作视图将包含所有连接网络系统所收集到的背景信息、呈现关系和模式的实时分析工具将对这些信息进行强化处理，并提供对其潜在起因和预测效果的深刻见解。士兵和分布式作战团队可以看到标明身份、历史以及与当前和未来任务相关的人员、系统和地形信息。

通过这种方式，“2040年作战场景”中的突击小组可能会实时得到来自队友对具体情况做出反应的态势感知信息。显示系统还能够帮助用户维持对其当前任务的理解，以及当前任务与整体任务的关系（例如，“2040年作战场景”中关键生化毒素被犯罪集团转移的情况），通过持续跟踪下一步行动和信息缺口增强人类行动记忆力。

2. 动态计划和选项感知

在基于模型的行动进程中，计划和决策工具将为用户提供对于行动过程全方位的深度分析，通过定量和定性指标归纳概括任务的代价和效果特征。

作战人员将能够理解其行动将对自己当前任务和总体任务产生的影响。在上文描述的“2040年作战场景”中，对于决定哪个作战单位将主导突击作战行动、动能作战行动限制以及在什么位置建立空降场等问题，这种选项感知分析能力将发挥至关重要的作用。此外，随着决策空间内的数据不断更新，每项决策也都需要实时进行重新审查以确定其可行性。系统能够预测到什么情况下需要基于当前任务评估进行决策或者重新制定计划及分配任务，随后在恰当时机启动处理和用户交互程序。通过这种方式，即使当身处建筑物内部的士兵朝着他们的目标生化实验室移动时，根据监视其他作战人员对行动情况做出反应的生化传感器信息，系统也能够为移动中的士兵实时重新规划行动路径。

3. 通信和协同

态势感知和选项感知功能将与工作流程管理、合作、协同和通信服务紧密配合共同发挥作用。用户将接收到模型生成的任务分配方案，其不仅包含自己的职责，还将描述任务之间的相互依赖关系。作为广泛分布式团队的组成部分，尽管彼此物理位置相距遥远，单个人员也将在先进的协作工具的帮助下进行高效互动。积极主动的预先通信将在用户主动要求信息输入之前满足其发现的信息需求。

4. 任务模拟

利用实时反馈替代历史和合成信息，士兵可以使用其将在战斗中得到工具预先演练即将实施的作战行动。虚拟环境将使部队有机会训练观察、理解和应对事件的能力，包括在任务实施过程中的关键时刻提供重要的通信信息，并提高作战人员对于地形和任务目标的熟悉程度等。

5. 人机接口

根据预测，多模信息流（视觉、听觉、触觉）只有通过运用自动融合分析技术才能真正实现管理和利用，从而获得决策优势。这些技术能够转化信息反馈并将其重新演绎为近期和长期作战行动目标和计划，并向所有网络用户传输这些预测和决策空间可视化信息。此外，用户信息准备和传播活动还必须在恰当的抽象等级上完成，从而确保信息能够及时得到使用（由当前用户和需求分析决定），在当前任务和作战行动条件下按照优先级顺序进行传递。尽管同样的数据可能会适用于单个士兵、旅和集团军级别，但由于各个级别行动目标存在差异，因此，其得到那些数据的表现形式也将有所不同。

这种系统还将需要能够实现混合驱动通信的下一代人机接口技术支持，无论人员还是机器都能够主动参与对话，每一方都可以在最佳时机提供系统最需要的信息。这种做法将高效限制自动处理机制的执行，在人类和自动程序之间分配认知工作。

此外，数字化增强、多模和增强现实接口技术的进步，能够确保将信息高效转换为最适合与人类进行通信的形态。这些在恰当时机进行的通信可以将关注的重点转移到关键信息（通过调制突出）、作战队员之间的通信、以及物理世界中实体和其他特征通信。除了选择最佳表现形态，自动程序还将提供格式化信息，从而提高处理速度和准确度并促进实体和态势认知。人机接口还有可能采用在实际上改变神经功能以提高处理能力的技术，例如，透过人体头骨的跨颅磁刺激或者使用神经植入的直接电刺激等。对作战背景做出反应将是刺激产生的时机，从而达成自动认知的效果，例如，“2040年作战场景”中改变在建筑物中移动的路线或者发现生化毒素转移情况的反应等。与之对应，它们还可以通过人类内部状态的自动感知而触发，例如生理和心理疲倦，或者反映预先感觉到的刺激认识或异常心理反应的检测等。

6. 基于模型的融合和分析

这种信息分析和表现形式将需要形成相互关联的模型网络，支持将不同数据源映射到一种通用概念，使其具有可连接性、根据每个作战编组和联合伙伴的抽象等级合理制定，并支持在各等级之间相互转换。

例如，对于涉及特定作战行动的部队进行任务计划和行动过程建模，该系统必须能够生成自动计划支持能力（例如，“2040年作战场景”中突击作战行动和空降场的选择）、态势和选项感知能力、团队合作（例如，“2040年作战场景”中突击部队在建筑物内部的行动）、以及针对士兵的特定需求，在企业范围内同步实施的任务前模拟和训练活动。阿尔伯茨（Alberts）和海耶斯（Hayes）在2007年曾指出，此类成熟、动态适应计划环境需要从共享信息转向共享理解发展（态势感知和选项感知），因而跨越不同坐标系动态地、实时地转换和解释数据的能力也就成为必须满足的条件 。

机器人和自主作战能力

自坦克在第一次世界大战出现以来，机器人技术可能是最为重要和颠覆性的陆军科技进步之一。从引入能排除简易爆炸装置（IEDs）的小型机器人，到能够携带导弹突破边境深入敌人腹地，而且对隐藏在难以介入的复杂环境中的敌人实施精确打击的无人机，机器人技术已经改变了战争的本质。物理和网络机器人（例如，机器人程序和僵尸网络）的大量出现将持续塑造陆军所有兵种和作战单位的形象。随着这些系统继续发展演变，它们将缓慢成为陆军组织力量的组成部分。未来机器人系统将从强化特定作战行动的工具发展成为作战单位的核心力量，成为作战单位基础设施和作战能力的关键元素。正如当前的步枪和无线电装备，机器人将发展成为作战人员的重要武器。从成熟的工具装备到专项任务系统，再到辅助作战力量，这些系统正处于加速发展演化的道路上。与士兵类似，这些系统也能够具有作战能力、积累经验并具有连接网络能力，必将改变陆军未来的战争方式。

随着机器人逐渐被作战人员所采用，新型任务和运用这种装备的方法论自然也会发展成熟。陆军网络能力和容量也必须逐步接受和促进这些新兴技术。基于人类弱点的传统战术——技术——程序必须接受重新检验，允许适当放宽当前基于士兵生理机能而制定的体格限制。以机器人为中心的战术——技术——程序可能会被代替采用，并彻底改变陆军作战行动和战术概念。随着这些系统逐步发展出新的可靠行动能力并被作战人员所应用，战斗实施方式的本质也将被新的关注重点、应用程序和使用标准所改变。

陆军预测机器人技术将沿着四条主要轴线从根本上重新塑造武装部队：防护和安全；减少人力需求和后勤压力；影响和范围；致命杀伤能力。每个领域都将给未来网络带来不同的挑战，所有技术领域也必须共同发展和适应，从而对未来机器人能力解决方案和有人——无人平台团队合作提供支持。

1. 防护和安全：无论对于安全（减少事故和误操作）还是防护（减弱敌人打击伤害）能力，机器人都将继续降低人类执行枯燥、肮脏、危险任务的必要性，因此提高作战单位的总体效率。在像排除简易爆炸装置等危险任务中，机器人技术已经证明其具有挽救生命的作用。即使在技术并没有完全成熟的情况下，小型机器人系统已经能够帮助士兵建立起远离爆炸装备和埋伏点的行动优势。通过增加系统的灵巧性复杂操作功能并且自动实施，下一代反简易爆炸装备机器人（先进的爆炸物处理机器人系统）作战能力将显著增强。军用车辆加装这种系统后，在敌对环境中的道路危险清除任务也能够迅速完成。由于大量聚集、行动可预测并且行驶速度缓慢车辆中的人员非常容易遭到攻击，护送任务本质上也属于危险性较高的作战行动。在不需要人员驾驶所有车辆的情况下，无人驾驶卡车可以降低人员暴露在危险环境中的机率。这种灵活性还能使作战士兵的角色从领航员转变为监督员，降低其必须时刻关注机动状态的必要性，使士兵可以将全部精力集中于作战行动。降低人员面临的危险性还意味着减轻了后勤负担。防护车辆驾驶室的装甲结构可以进行重新设计或者优化，减小车辆重量和体积，从而有可能提高后勤行动效率。此外，旨在确保车辆中人员安全的资源也可以重新分配到运输物资和补给任务中。通过利用“自主机动应用系统”（Autonomous Mobility Appliqué System）项目，陆军目前正在进行无人护送任务实验。

机器人技术还可以分担大量枯燥的脏活累活，也能够提高作战单位执行单调沉闷行动的效率，例如外围安全、观察和瞭望等作战任务，在执行这些任务过程中，作战人员的勤勉是关键因素但是照顾到所有细节又极易使人疲倦。携带摄像头、雷达和非杀伤性打击手段的可互换传感器载荷，“通用机器人系统——个人”（Common Robotics System——Individual）也将整合这种应用功能。机器人系统更加强大的态势感知能力也将扩展至战场空间。今天，可以使用无人值守地面传感器（UGS）位于战略位置的系统来提供原始但又非常重要的信息。未来机器人系统可以携带这些传感器进行机动，从而形成具备自我机动和自我修复功能，能够保持大面积覆盖范围并减轻监管这些系统的认知负担的传感器网络。

在强大网络能力的支持下，随着机器人技术进步的不断出现，旨在执行特定任务的专业机器人与能执行多种任务的通用平台之间的界线将逐渐变得模糊。用于向前线运送部队的车辆也可以执行基地执勤任务。在诸如手机、灯光、路由器和摄像机等先进“智能”组件的配合下，作战单位内的所有组成部分都将作为一个整体维持态势感知能力，提高安全性并为作战单位提供多层防护体系。即使不通过主动方式运用，这些组件也会构成相互连接的内置传感器网络的一大部分，提供类似今天物联网概念的动态、增强型版本功能。为了支持这种多功能性，未来网络必须在从单个士兵到所有军种的整个企业范围内稳定运行并广泛存在。用户、消费者和士兵必须通过不同方式处理这些复杂性，而且可能需要考虑更多因素，如可修复性、可替代性以及军种服务级别协议等。过去，如果类似于灯泡的基本组件损坏了，不需要呼叫技术支持就能解决问题。但是对于物联网，智能和网络连接组件无处不在的现象要求必须对其进行评估才能确保所有部件都能发挥其应有的价值。

2. 减少人力需求和后勤压力：机器人不仅可以在前线发挥战术作用，还能够执行作战支持行动， 因而可能将缓解陆军大规模部署带来的日益增加的压力。影响陆军作战效能的主要因素之一就是战区给养、弹药和燃料保障能力，其中还包括物资运送以及保护物资和相关人员安全。前进部署的人员数量越多，后方拖着的“尾巴”也就越大。因此，机器人的一个显著作用就是取代车辆驾驶室和监视屏幕前的人员，从而减少执行作战维持任务的人员部署规模并压缩与其相关的军费开支。所有由机器人执行的后勤支持工作都将减轻前进部署作战人员的需求和负担，同时也会减少本应执行支持任务人员的防护和补给需求。通过高效部署方式，机器人将促使陆军能够以更小的部署规模完成更多作战任务。

除了能够减少人员需求，机器人还可减轻其他作战人员的体力负担和负载工作量。在经历大强度作战行动后，士兵会因疲劳而降低作战效能。通过发挥类似骡马的驮载功能，机器人可以减轻士兵负担强度，在传统车辆无法进入的地形环境中运输重物资，改变自古以来士兵不得不自己背负支持装备的情况。像“步兵班多用途运输装备”（Squad Multipurpose Equipment Transport）的中型、全地形运载机器人已经开始尝试探索这种概念（可以在引导和自动模式下工作），其能够帮助步兵班在复杂地形环境中运输大量供给物资。更让人印象深刻的概念正在探索使用四腿机器人(机器人僚机)，可以携带类人——大小的负载在崎岖的地形与士兵步行。

无人运输概念还已经扩展到空中领域。运用无人直升机进行航空货物装载和运输的验证实验已经开始实施。在无人干预的条件下，这些大型系统可以利用与“阿帕奇”直升机大小相当的直升机装载、运输和投送大量物资，其飞行路线沿着和经过敌对地区，甚至还可以在敌方火力打击下行动。随着机器人技术不断发展，这种概念还将扩展至使用大容量运载器和轻型持续型四旋翼飞行器，后者即使在实时战斗任务中也可向单个徒步士兵提供补给。

未来机器人技术的发展还将减弱为提高安全性而组织长途火车运输货物行动的必要性。随着人员威胁程度的降低，运输行动可能会采取更加具有连续性和分布式的补给方式，如同一种重型工业版本的联合包裹服务(UPS)，投送活动可以按照需求展开。发展能够在整个企业范围内追踪特定资产的智能网络可能会支持这种弱结构化的补给方式，正如亚马逊公司的KIVA机器人，整个仓库的存货都放置在这种可移动机器人系统中，其能够通过优化移动路径从而动态完成单个订单的配送。

机器人还将塑造未来军队集结和作战行动的战备模式。远程作战力量编组概念可以在机器人技术的推动下实现：机器人资产和支援在遥远地区编组补给物资，在得到命令之前管理和维持自己的资源。这些系统可以进行机动并处理自我防护和组织问题，其配置模式类似于航空母舰战斗群对于海军的作用。同样可能的情况是，这些物资资源可能广泛分布于局势多变的边境地区附近，当情况需要时则有能力迅速聚合成为一支完整的作战力量。

对于实现此类操控型和自主式机器人能力解决方案，同时减少支持基础设施和人员规模的关键因素是强大、健壮的网络，其能够支持完成协调、追踪、后勤和计划工作所需的更加沉重的网络监管和连接负载。

3. 影响和范围：除了改进安全性和降低军事行动成本，机器人技术将通过创新平台和部署方法突破战争效率的极限。新型机器人系统将持续扩展当前作战人员的行动持续时间、最远距离和范围，进入此前有人作战系统无法涉足的领域。机器人当前已经在不断增加关键作战能力的持续时间，诸如监视、瞭望和网络连接等。像“全球鹰”等技术系统连续飞行时间接近20个小时，航程达到数千英里，几乎可以在大面积影响范围内进行持续的对峙监视。国防高级研究项目局（Defense Advanced Research Projects Agency）的“秃鹫”（Vulture）等最新研究项目试图将持续飞行时间从数小时提高到数周。从更加侧重于战术的角度出发，像“死神”（Reaper）等中型无人机已经突破了传统作战行动限制，在反恐战争中发挥着重要作用。随着其整合程度的提高，这些作战资产将提高有人作战单位的效能。即使是现在，陆军也正通过为有人驾驶攻击直升机部队加强专属无人机（有人——无人机团队合作），从而形成具有更强感知和影响力的协同实体，研究其对于实际可作战的士兵部队作战效能的影响。除了手持发射式无人机和四旋翼无人机等体积小、重量轻的航空器等，无人技术还将继续扩展到单个作战单位甚至徒步士兵。

机器人技术还将扩展地面战争的作战行动界限。随着高效行走机器人的发展，其已经能够深入地形条件恶劣的地区，帮助作战人员能够携带更多物资。无人地面系统还能够在大范围地区提供前所未有的持久力、感知力和反应能力。小型爬行或飞行机器人，例如陆军正在开发的“士兵手持传感器”项目（Soldier——Borne Sensors）等，具有进入地堡、洞穴和受到限制的城市区域等作战行动紧张地区的发展潜力。机器人之间通过层级结构的战斗队或者临机组成特别集群的形式进行合作，机器人还将增强当前单独的解决方案的航程和续航时间，扩展当前作战单位的有效作战行动地区范围。

尽管未来机器人不再需要持续和高带宽的连接进行战术控制，但是当他们向此前不能到达的目标或激烈交战地区运动时，机器人之间的接触和通信依然是高效协调行动的关键因素。在潜在的敌对条件下和达不到理想状态的环境条件中，这种网络必须具备动态能力从而确保达到并维持连接能力。

4. 致命杀伤能力：机器人技术将持续为陆军提供致命和非致命杀伤能力 。在自主行动和情报能力的配合下，机器人系统将能够以比所有对手决策循环——除最为先进的敌人以外——更快的速度做出反应。不仅能够在潜在敌对环境中高效完成导航和机动任务，这些系统还将发展其对于局势的自主理解并做出相应反应，即使是在与作战人员通信受到阻塞甚至屏蔽的情况下。已经有迹象表明，未来战争可能会通过网络空间攻击和电磁战手段静静地发起和进行，甚至不需要与敌人进行正面接触。机器人能够提供投射致命和非致命打击力量的替代选项。

致命杀伤能力还可以通过不同的规模实现。根据陆军重型突击车辆项目，装甲机器人僚机（Armored Robotic Wingman）的预想，大型装甲装备依然将在未来战场上发挥关键作用。该平台可以向前线提供紧迫需要的火力支持。像手持发射式航空器等小型平台则会为徒步士兵提供重要的战术态势和选项感知能力。除了型号以外，数量规模也会实现致命杀伤能力发挥重要作用。在分布式协调攻击行动中，机器人集群将发挥更大的作战效能。像小体积的轻型无人机或者快速、敏捷地面车辆协同集群能够迅速压制当前最先进的防御系统，同时还能够对单个机器人的战损做出调整和适应。

当机器人系统进入陆军现役作战力量，连接、协同和应对突发事件能力将越来越具有关键影响。在面对具有较强感知能力和主动作战能力的敌人时，未来机器人和网络系统必须支持全新的交战规则。尽管自主行动能力可会使闭锁步权限失去存在必要性，这些机器人系统依然是一支协同作战单位的组成部分，必须能够提供实时评估、可以实现的意图以及潜在的紧急情况备选方案。随着致命杀伤能力的提高，平台、网络和数据的安全将仍然是最重要的，但更内省的、具有自我意识的机器系统有可能使其安全水平下降。

随着人工智能技术的进步，机器人系统可能将开始在理解和解读当前战斗局势领域成为重要资产，开始承担决策制定任务并与作战士兵共同实施作战行动。能够以可预测和协同方式理解动态威胁并对其做出反应，机器人的角色将从简单的工具和驮负重物的忠诚骡马发展为共享战斗感知能力的战斗助手。

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