仿生学3.0时代的未来战争

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  • 更新时间2018-06-29
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  时下,仿生学已经成为横跨物理学、数学、生物学、化学、管理学、信息科学、系统科学及社会学等诸多学科的交叉学科,在社会生产和人类生活的各个角落发挥着不可替代的作用。借助仿生學蓬勃发展的东风,军事仿生技术也在新的起点上开启了它的3.0时代。精细化、智能化、网络化及集成化的军事仿生技术正在颠覆现有战场格局,加快塑造未来战争的崭新面貌。


  深度开发的仿生资源


  生物资源的开发深度是随着人类认识能力的提升而不断加深的。过去,人们认识生物的方式比较“直观”——仅能通过肉眼观察,对生物的模仿和借鉴就只能停留在外形、宏观结构层面;光学显微镜发明之后,生物的微观结构开始揭开其神秘面纱,细胞级别的认识与仿生也由此展开;扫描隧道显微镜发明后,人类对物质的认识能力跃升到了单个原子级别,纳米技术的迅速兴起使仿生实践开启了新时代。模仿人类处理信息模式设计的电子计算机,极大提高了人类的工作效率,拉开了信息化时代的大幕,使大规模数据仿真和数据分析成为可能。在这个信息爆炸式增长的时代,如果说有什么因素限制了仿生技术向纵深发展的话,与其说是技术工具,不如说是人类自己的想象力。仿生技术已经在新起点上,有了众多让人耳目一新的深度发展,并具备极大的军用潜力。


  生物膜是仿生领域近年来新兴的研究方向。作为生物体的一个基本组织,生物膜经过亿万年的进化,具备了近乎完美的功能:具有自由扩散、物质运输、能量转换等多种特殊能力。在充分研究生物膜的物质组成和结构特征后,科学家开发出了与其相似的仿生膜,已经在多个领域取得不俗成果。而仿生膜一旦被广泛用于军事领域,特别是军事医学领域,将对军队的医学保障能力产生巨大变革。


  军人在作战时难免会遭遇各种身体创伤,有时甚至一个很小的伤口就能带来极大的损伤,甚至因此而丧命。而在野外不良的卫生条件和紧急的战争环境中,如何高效地处理伤口一直是困扰军事医学专家的难题。仿生技术的出现使这一难题有了完美解决的可能。例如,美国科研人员研制出了一种外用硅基薄膜,可以在皮肤表面形成一个可穿戴的高分子层,对下方的皮肤进行物理强化,同时提供一个透气的阻挡层。这是仿照很多生物膜所具有的生物特性,即对特定的分子具有识别和阻拦能力,对其他分子则具有高通过性。这种类似“第二层皮肤”的技术可以处理皮肤受损问题,也可以用于药物输送和敷贴伤口。一旦制备成类似“创可贴”的便携胶布,就可以帮助军人快速处理皮肤上的小创口,提高生存能力。


  生物资源深度开发的另一典型案例就是对生物算法的模拟。仿生算法是基于对生物行为和活动的研究,通过模拟自然界中生物依靠自身调节功能来优化生存状态的行为机制,对特定决策行为进行赋值,按照生物的行为规则进行迭代计算,输出最优化的结果。仿生算法的优势在于不仅提高了算法在异常情况下的可用性,而且大大减少了针对大规模问题的搜索次数和时间,在要求快速精准决策的军事领域具有天然的应用优势。近年来各类新兴的仿生算法层出不穷,如狼群算法、蝙蝠算法、萤火虫算法及猴群算法,等等。目前,它们已可用于敌我目标识别、战略决策优化、火力分配模拟等决策辅助。相信随着大数据和仿真技术的发展,仿生算法可以为战场决策提供更有价值的参照,助力制胜信息化战争。


  此外,仿生模式识别也是已投入应用的新兴仿生技术之一。该技术是模仿人类“认识”事物的过程,利用数学方法让机器“认识”不同事物从而加以区分的理论模型。经过10多年的研究,已经取得了不俗的成果,其中一些成果已经在民用领域进行了应用。在军事领域,仿生模式识别可以帮助军队寻找目标、在人群中辨认打击对象、识别网络攻击行为、以及检测电路系统故障等。


  升级版的


  传统仿生技术军事应用


  和平时期的军备,一方面限制了大规模杀伤性武器的发展,另一方面也使各国的目光投向更具前景的高技术军备,仿生手段正是高技术军备中最具发展潜力的方向之一。在新材料技术、新工艺手段和大工业基础的支撑下,传统军事仿生技术得到了升级版的改造,有些甚至能够带来颠覆性的变革。


  在科幻电影《明日边缘》中出现的军用动力外骨骼


  在新材料技术方面,蜘蛛丝可能给防弹衣带来革命。面目可憎的蜘蛛是生物界的建筑能手,蛛丝的强度比同直径的钢丝高出4倍,且具备超强的弹性和防水性,是制造防弹衣的理想材料。但由于蜘蛛喜欢独居的习性,批量生产蛛丝就成为几乎不可能完成的任务。2016年,美国“凯瑞格”生物工艺公司提出了一项大胆的想法:将蜘蛛的基因片段植入蚕的体内,使其能够吐出类似蛛丝的生物材料,给批量生产蛛丝防弹衣提供原料。一旦成功,取代现有笨重防弹衣的将是轻薄柔软、强韧舒适的全身防弹衣,必将大大降低战场的伤亡率,提高战士的战斗力。


  在新工艺技术方面,DNA计算可能会撼动传统计算机在特定领域的统治地位。经过漫长的探索,人类终于发现决定生物体遗传性状的关键因素——DNA,从此对DNA的认识和应用也如火如荼地展开,DNA计算机就是一个热门研究方向。区别于传统计算机以逻辑电路的高低电平状态作为存储信息的基本形式,DNA计算机将信息以分子代码的形式存储在DNA上,用特定的酶对分子排列进行改变,作为信息处理的工具。而反应前后分子不同的排列状态,就是输入和输出结果。目前,这种看似复杂的运算方式虽然还不如传统计算机方便快捷,但已经在特定领域显现出了传统计算机不可替代的优势。早在1994年,就有美国科学家阿德勒曼利用DNA计算机成功求解了“汉密尔顿路径问题”(即在确定起点和终点的多个点之间寻找单次行走的最短路径)。这一看似简单的问题却没有一个现成公式可以套用,仅能通过穷举法相互比较方可求解。因此,如果交给传统计算机,就需要大量的计算时间。当年,阿德勒曼利用他的DNA计算机,仅花了一星期时间就求解出传统计算机几年才能算出的最短路径。不难预见,在对时效性要求极高的军事行动中,快速寻找最短路径必然能够带来作战行动决策的整体改观。虽然目前DNA计算机无法如传统计算机一般便捷操作,但在军事领域的应用趋势已经显现,或在不久的将来投入战场。


  另外,随着生物技术的广泛传播和大工业基础的日臻完善,过去成本高昂的材料和技术越来越“接地气”。更加便捷的仿生技术一方面给低成本军事应用带来了机遇,另一方面也带来了新的非传统安全风险。骇人听闻的生物武器一度是国家和军队的专利,其制备、存储、运输等条件苛刻,需要专门的机构来操作实施,普通人难以涉足。但伴随着生物工程技术的普及,越来越多的人掌握了基因改造技术,廉价的基因编辑工具也变得越来越容易获取,使“生物黑客”这一角色悄然出现。这些掌握基因编译技术的专业人士,倘若被不法之徒胁迫利用,合成出带有损害性基因的细菌等生物载体,一旦投入社会将造成无法预期的伤害。因此,对于这种仿生技术滥用的非传统威胁,我们也必须提高警惕。


  生物主导的未来战场


  在现有战争形态中讨论下一场战争的样式,是长久以来人类未雨绸缪的典型表现。站在信息化战争方兴未艾和智能化战争蓬勃发展的今天审视明天,生物技术已成为未来战争中不可忽视的重要角色。生物对未来战场的主导地位,在逻辑上是由战争手段的辩证发展决定的,在实践上是由已有的技术基础决定的。


  纵观人类的反战史,充满着人类对毁灭自身武器的恐惧。从《特定常规武器公约》《禁止化学武器公约》,到《全面禁止核试验条约》《全面禁止核武器公约》《反弹道导弹条约》等,人类不断地将耗费巨资研发出来的利剑折断。在人工智能大踏步前进的今天,人类又通过协定将这只伸向战场的手臂束缚住,防止又一种可能导致人类毁灭的武器走向失控。2016年,在第五届《特定常规武器公约》审查大会上,123个成员国一致同意于2017年正式讨论可自主选择并攻击目标的人工智能武器系统带来的挑战;2017年,在国际人工智能联合会议上,人工智能领域的116名专家正式向联合国发表公开信,呼吁采取相关措施来制止围绕“智能武器”而展开的军备竞赛。这种看似矛盾的行为正是体现了战争自身的辩证法:战是为了不战。


  然而,在生物学蓬勃发展的今天,军事仿生技术却几乎未受到任何限制,所有雄心勃勃的军事力量都在改进和开发军事仿生技术上不遗余力。当然,这与军事仿生技术尚未对现代战争直接造成颠覆性影响有关。但历史已经雄辩地证明,生物界是军事技术无穷无尽的灵感来源,在每一次系统性的军事革命中,甚至在每一个微小的军事技术进步中,生物都没有缺席。甚至可以毫不夸张地讲,生物界本身就是一个庞大的武器库,已有的武器装备都直接或间接地带有某些生物的影子。因此,只要战争存在,軍事仿生手段就会一直存在并发展下去,它是无法被限制和禁绝的——离开仿生技术,参加作战的就只能是震颤着机翼的战机、丢掉护甲的坦克和非流线型的战舰,这是难以想象的。


  同时,已经带上枷锁的武器并未永远消失,而是会以民用技术的率先发展作为技术演进的主要路径。一旦军事上的迫切需求出现,不排除有亡命之徒打开潘多拉盒子的可能性,这是人类永远无法摆脱的“囚徒困境”。在这种情况下,潜力巨大的军事仿生技术作为连续性较好的一种军事技术发展思路,将会承担起发展战争的更多重任。不难预测,未来的战场将是生物技术和仿生技术扮演主角的战场,在诸多方面会引发变革。


  首先,“脑控”技术可能带来作战方式革命。该技术通过模拟人脑在产生特定情绪时脑电波的形态,以类似无线电的方式向人体直接发射“有生命的信号”,从而达到改变人的情绪和心理状态、影响其行动的目的。据报道,早在2007年美军在伊拉克战场就可能尝试过这种技术,曾使激战中的反美武装人员主动缴械投降。由于该项技术保密级别很高,尚无更多证据验证其真实有效性,但直接作用于人脑的打击方式已经足够引起高度重视。一旦大规模应用,部队在战争打响之前就可消解敌方作战人员的战斗意志,实现另一种意义上的“不战而屈人之兵”。


  其次,人体增强技术可能引发战斗人员革命。人体增强技术是指将生物技术、信息技术与机械手段等相结合,作用于人类的身体,以提升感知能力、记忆力、体能、生存能力等的技术。目前,已经投入试验和部分应用的单兵作战系统,就是人体增强技术的集成化运用。美国最新公布的数字化单兵系统“塔罗斯”,可以让士兵在保持高效运动的情况下承受更多载荷,更加快速地获取战场信息支持,并具备更加轻便可靠的防护力。无独有偶,俄罗斯最新一代“战士-3”系统也具备类似功能,其亮点在于信息化的头盔可以集防护、信息显示、信息控制等多种功能于一体,改善操作的便捷性。这些人体增强装备一方面模仿了昆虫的装甲结构,作为所有子系统的外部载体;另一方面用电子信息手段放大了人体原有的功能,如视力、听力、大脑的记忆功能等,可以说是仿生技术的集大成者。该技术给作战人员带来的变革十分直接,将在降低伤亡率的同时极大地提高单兵作战效能,是各国都在大力发展的军事仿生技术。


  再次,生物能源可能引发战场的后勤保障革命。古往今来,战争中的后勤补给一直是困扰军队的一大难题,人们都希望获得持续的高效能源供应,降低补给成本。生物能源为这一夙愿提供了一种实现的可能。生物能源是指通过生物的生命活动,将生物质、水或其他无机物转化为沼气、氢气等可燃气体或乙醇、油脂类等可燃液体的可再生能源。2016年1月,美军“大绿舰队”的两艘导弹巡洋舰正式服役,他们使用的混合能源有一部分是来自废弃牛肉和牛油所转化成的生物燃料。生物燃料的使用不仅降低了装备使用的成本,而且在消耗巨大的作战行动中,也减少了对不可再生的化石能源的依赖,是一种可持续的能源供给模式。虽然目前尚未出现全部使用生物能源的装备,但随着生物能源效能的逐步提高和工艺改进,相信军队的能源革命指日可待。


  此外,执行军事任务的动物大军、新一代生物医疗技术等仿生手段的应用,都可能在某些方面给未来战争带来或多或少的变化。而系统性的战场革命,必定是多种军事技术突破性进展的综合成果。因此,我们必须在多个领域同时实现跨越,方可在新式战争中塑造未来。


  目前,在人类的认知能力所及的范围内,已经命名了约1000万种生物,仍有约上千万种生物处在未被发现或缺乏深入研究的阶段。毫无疑问,如此庞大的生物界可以为我们提供源源不断的灵感和直接的实践参考,为军事技术创新发展带来新的机遇。因此,美国国防高级研究计划局现任局长阿拉提·普拉哈卡尔也坚定地指出:“生物是自然界的终极创新者,任何致力于创新的机构,若是未能从这个极其复杂的网络中汲取灵感与解决方案,都将是十分愚蠢可笑的。”


  作者:刘一鸣等