【军事文摘】颠覆未来作战的前沿技术系列——人体增强
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颠覆未来作战的前沿技术系列之人体增强
吴 勤
人体增强是综合利用生物、信息、机械等领域的技术作用于人类的身体，使人的体力与脑力得到改进与提升的前沿技术。如果将自然给予人类的人体机能看做是最基本的1.0系统，那么通过人体增强技术，人体的综合机能将得到大幅度提升，进入人体系统2.0时代。人体增强技术可以使普通人以及军人获取超越自己身体极限的神奇能力，在多领域的应用前景和颠覆性影响令人瞩目。
多家机构展望人体增强技术的巨大潜力
多个世纪以来，人类一直梦想着能够超越人类的一切束缚与限制，成为一个完美的“超人”，也一直在探索能够使人类尽可能地变得更加强大的方法与技术。随着科学技术的发展与应用，人们不再局限于利用一些自然的方法来循序渐进式地提高自身的基本能力，而是通过更直接和快速的方法来提高和完善人类的技能和能力。例如，通过药物或芯片改善人类的情绪、认知和记忆，通过脑机接口控制或放大人的意念，通过外骨骼提升人的体能，通过人工耳蜗、芯片植入、智能眼镜改善人的视听感官能力等。
美国国家科学基金会对“人体机能增强”这个词的解释是，任何暂时性或永久性突破人类目前身体极限的尝试，使用的手段可以是自然的也可以是人工的。美国科学院、英国皇家学会等重要的科学机构与情报机构相继发表一系列报告，对人体效能改造，特别是人体增强给予高度关注，并预言人类即将迎来人体增强的新时代。美国国防高级研究计划局（DARPA）于2014年4月新成立了生物技术办公室，旨在研究使士兵保持最佳战斗力以及迅速、全面恢复战斗力的新技术。近期，各方重点关注的人体增强技术包括：视网膜植入、人工耳蜗等视听增强技术；药物、大脑植入、脑机接口等脑力增强技术；外骨骼等体力增强技术。
美国国家科学基金会对“人体机能增强”做出了解释
美国国家科学院研究并发布的名为《人体效能改造：国际研究现状及未来展望》的报告指出，医学、生物学、电子学和计算技术的发展已经使得改造人体的能力日益成熟，而且这类创新会被各国军队采用。2012年11月，英国皇家学会、英国科学院等4家机构联合发布了名为《人体增强与未来工作》的报告，指出人体增强技术未来将彻底改变人类的生活工作方式，报告关注的人体增强领域主要为认知增强与生理增强两大类，包括认知增强药物改善记忆力和注意力，使用助听器和视网膜植入改善感知，使用仿生肢体恢复运动能力，以及认知训练、大脑刺激等技术。
2012年12月，美国国家情报委员会发布《2030全球趋势：多元化世界》报告，预测到2030年，人类有可能通过选择一些科学手段让自己变得更加聪明、健康与强壮，报告将这些能够增强人类机能的科学手段统称为人体机能增强装置。全球技术研究和咨询公司Gartner也在其2013年发布的《2012～2013年技术曲线成熟度》报告中预测，除了信息技术的多项前沿科技将突飞猛进地发展，另一项将在市场形成规模的技术就是人体机能增进装置，将提高人类感知能力与体能。这其中包括机械外骨骼、脑机接口、视网膜植入、听觉增进装置，甚至是提高智力的神经性药物。
视听增强——更有效的感知
《2030年全球趋势：多元化世界》和《2012～2013年技术曲线成熟度》报告均高度关注视觉增强技术。视觉增强技术包括两类：一是指能够修补视力的眼内植入物，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。
通过眼内植入技术，人类能恢复并提升原有视力
通过眼内植入技术，人类能恢复并提升原有视力。2013年，德国图宾根大学的科学家开发出了一种微芯片，该芯片约为3毫米大小，由1500个像素点构成，每个像素都有自己的放大器和电极。这种外部供电的光敏微芯片将通过手术植入患者的视网膜表面下方，能使视网膜病变的盲人重见光明。2013年7月，英国利用胚胎干细胞培养出视网膜感光细胞，将这些细胞植入盲鼠眼睛的视网膜，成功地在眼睛和大脑之间形成了神经联系。2015年，加拿大研究出一种新的仿生镜片，眼内植入这种镜片后，视力有问题的人能将视力恢复到最佳水平。
植入眼球的望远镜，其直径仅仅和苹果籽差不多
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。
除了视觉能力的增强，听觉也是人体增强的重要内容之一。人工耳蜗是一种电子装置，由体外言语处理器将声音转换为一定编码形式的电信号，通过植入体内的电极系统直接兴奋听神经来恢复或重建聋人的听觉功能。目前，世界上已经有超过30万人使用耳蜗植入方式，替换在听觉方面存在故障的耳朵，以恢复听力。2013年5月，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。
脑力增强——更智慧的决策
通过对人的脑力增强，可以提高士兵的学习效率与记忆力、减少疲劳和提高警觉性，甚至可以实现大脑对外部机器的意念控制，最终使人具有更好的认知与决策能力。使用电磁刺激、大脑植入和神经性药物等可以提高士兵的学习效率，让人更长时间地集中注意力，减少疲劳和提高警觉性；使用脑机接口技术，大脑可以直接控制机器，也被称为“意念控制”，其涵盖的层面很广，包括智慧型义肢、机器人甚至车辆和武器等。
大脑植入芯片
在记忆增强方面，使用神经性药物可以提高人的记忆力和思考速度。此类药物能让人更长时间地集中注意力，提高学习能力。但神经性药物也存在巨大的副作用，会出现头晕目眩、呕吐、视力衰退、神志不清等。2012年，德国科学家发现大脑内的神经传递物质多巴胺有提高记忆的能力，有助于研发提高记忆的药物。
在利用电磁信号刺激大脑方面，当前研究的重点在于通过电、化学或生物方法来刺激人的神经系统，加强人的精神和情感能力。神经刺激方法可能包括：用电子设备直接刺激神经组织的经颅直流电刺激、经颅磁刺激和脑深部电刺激。研究显示，脑经颅电磁刺激可以提高士兵的学习效率、减少疲劳和提高警觉性，通过大脑刺激学习更多知识的受试者对知识的记忆可延伸数月。近期，美国陆军研究实验正在研究利用最新的神经刺激技术来检测大脑状态，以及改善理解能力、目标感知和决策能力。
利用大脑植入物提升人脑记忆能力、恢复因伤病引起的失忆已成为近期脑力增强的热点。DARPA在该领域安排了多个项目。2013年，DARPA启动了“恢复主动记忆”和“基于神经技术的新兴治疗系统”两个项目。前者目的在于开发神经信号分析与解码新方法，应用神经刺激促进脑损伤后记忆编码的恢复，开发植入式神经设备帮助患者恢复记忆，以及了解如何对人类大脑的右半区进行刺激和锻炼，以提高士兵的反应速度和瞬间记忆能力；后者目的在于开发能够为患有创伤后应激障碍和其他神经疾病的患者提供帮助的大脑植入物。DARPA于2015年新启动了一个称为“恢复活动记忆与回放”的项目，旨在研究确定大脑哪些部分决定着记忆和回忆的形成，从而帮助人脑更好地记住具体的偶发事件，更快地学会技能。
意念控制技术当前致力于辅助伤残军人重新获得行动能力，未来则有可能实现对武器装备的意识操控。在意念控制义肢方面，美国匹兹堡大学的研究项目在一位颈部以下瘫痪的女患者脑运动皮层植入传感器，使其单凭意念即可操作机械手臂将一块巧克力送入口中，比以往的研究更接近于一个正常人的肢体；2014年，DARPA在“革命性义肢”项目中，成功研发了名为“DEKA”的仿生机械手臂，该手臂具备近真实的控制能力，可用于帮助失去手臂的人员恢复生活能力；2015年，美国约翰·霍普金斯大学的研究团队开发出新一代智能义肢，其拥有26个关节，能像正常的手臂一样由人的大脑控制，可以抓举20千克的重物。
意念控制假肢取物
在意念控制机器方面，2012年，DARPA启动了“阿凡达”项目，目标是研制可通过意念控制的机器人，有望在未来代替士兵征战沙场。美陆军研究实验室正在研究一项技术，使得士兵仅通过意识就可以实现对军用系统的直接控制。在该研究方向下，陆军实验室正在资助研究两个项目：一是通过实时记录大脑活动，研制一种可探测潜在表达和监控使用人员关注点、意图的原型系统；二是寻求理解大脑信号的生理性生物标记，用于探测潜在表述和特征状态。2014年，德国慕尼黑工业大学的研究人员首次成功展示了脑控飞行；2015年6月，俄罗斯“未来研究基金会”表示，以思维控制机械的脑机接口研发成功。
体力增强——更强大的行动
外骨骼是一种人员可穿戴的机电一体化设备，主要用于增强穿戴者的力量、速度、耐力等，一般由感知系统、控制系统、动力系统、仿生机械系统和能源系统组成。未来，随着技术的发展，外骨骼埋植技术将可以实现把外骨骼埋植在机体内，成为一种替代骨骼，大大增强人类先天的能力，修复丧失的机体功能。近年来，美国、俄罗斯等国军队陆续启动了多个军用外骨骼项目，以增强士兵的作战能力，同时保障士兵的身体健康。
XOS 2外骨骼系统
美国DARPA的“增强人体机能外骨骼”项目旨在研制可帮助地面士兵携带更多武器、更好护甲和更多补给的外骨骼系统。在该项目资助下，美国加州大学伯克利分校开发出了BLEEX下肢外骨骼系统，雷声公司开发出XOS全身式外骨骼系统。BLEEX整体由1个用于负重的背包式外架、2条机械腿及相关的液压驱动装置组成，自重45千克，可负重35千克，使用者感觉只有2千克。
洛克希德·马丁公司联合加州大学伯克利分校在BLEEX基础上，共同推出了被称为“人体负重外骨骼”的仿人体结构特点设计的外穿型机械骨骼，系统由钛合金制成的机械腿、驱动装置及控制计算机，以及背部的负重部分、散热单元等组成，其既能够使士兵完成爬行、深蹲、提举重物等一系列动作，又可减少士兵因提举较重战斗载荷而引发的肌肉骨骼损伤。“人体负重外骨骼”总重约32千克，最大负重超过100千克，可保证穿戴者以4.8千米/每小时的速度背负90千克重物连续行走1个小时。2010年初，雷神公司推出改进型XOS 2外骨骼系统，《时代》杂志将这一装备评选为2010年“最具震慑力”的发明。XOS 2是由一系列结构、传感器、执行机构和控制器组成的，主要利用高压液压驱动，堪称真实版的“钢铁侠战衣”。该外骨骼可使穿戴者将重约90千克的重物反复举起几百次，而且不会感到疲劳，同时还可重复击穿厚度为3英寸的木板。
法国的“大力神”可穿戴式外骨骼能够辅助士兵，并增强其在战场上的负重能力和持久作战能力。“大力神”外骨骼主要由机械腿（结合了机械装置、计算机和电子装置）和背部支撑架组成，使穿戴者能够轻松背负重物。“大力神”可携带100千克重物，使穿戴者以4千米/小时的速度行进大约20千米。2015年，德国斯图加特一家工程研究机构研发出一种名叫Robo-Mate的可穿戴外骨骼系统，可为体力劳动者提供手臂、腿和背部的金属机械支撑，令他们工作时托举、负重能力提高到10倍。
“勇士织衣”
可穿戴在士兵作战服里面的轻质、柔性外骨骼，成为军用外骨骼发展的新方向。“勇士织衣”是DARPA组织研制的一种重量轻、柔韧性好的内穿型作战服，它更像是肌肉、关节的感应“增强器”，不仅具有传统的防弹功能，还能增强人体机能，使士兵能背负重物长时间行军。美军对“勇士织衣”的作战指标要求为：功率小于100瓦，不到9千克重，电池重约4.5千克，在不充电情况下可持续工作24小时，士兵背负45千克重物、以1.25米/秒的速度在平地上行走时，可以减少25%的代谢消耗。“勇士织衣”的特点主要有4个方面：一是负重智能分布于士兵全身，以减小作用力；二是可减轻和预防士兵损伤，增强体能；三是可重复使用能量，以降低能耗；四是柔韧性和灵活性好，轻便舒适耐用。2013年5月，美军特种作战司令部提出研制供士兵使用的“战术突击轻型作战服”，这种作战服采用外骨骼装置减轻士兵负重的体力消耗，并集成了可瞬间固化的液体防护装甲、温度调节装置、救护装置和态势感知装置等。
责任编辑：葛 妍
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