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美国国防部高级研究计划局:10大项目正在改变世界
美国国防部高级研究计划局:10大项目正在改变世界
作者:DAVID TORMSEN 林徵道 编译 | 2015/11/8 2:18:07 | 浏览:1590 | 评论:0
  
美国国防部高级研究计划局(DARPA)自上个世纪五十年代成立以来,其发明创新改变了数千万人的生活,例如互联网和GPS,而现在其正在推进的10个科研项目,则正在为世界带来革命性改变

美国国防部高级研究计划局:10大项目正在改变世界

    01 .“小魔怪”无人机采用蜂群战术,群体出动。(电脑概念图)

美国国防部高级研究计划局:10大项目正在改变世界

    03 .诺斯罗普·格鲁曼公司推出的XS-1航天飞机设计方案。(电脑概念图)

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    05 .DARPA希望新一代真空管能够3D打印出来。

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    06 .目前已知的捕食性细菌能够“吃掉”超过100种人类病原体。


美国国防部高级研究计划局:10大项目正在改变世界

    08 .能量自给战术机器人配有大钳子和电锯,能够剪草,收集树枝、纸张、木屑等作为绿色能源。

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    09 .一旦掌握了“恢复活跃记忆回放”,就能够把专业技能“写入”人类大脑。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)自上个世纪五十年代成立以来,其发明创新改变了数千万人的生活,例如互联网和GPS,而现在其正在推进的10个科研项目,则正在为世界带来革命性改变。

美国国防部高级研究计划局(DARPA)成立于1958年,是美方对于当时苏联成功发射世界第一颗人造卫星“斯帕特尼克1号”的回应。DARPA的目标在于确保美国在与苏联的科技竞赛中不至于又输得连底裤都不剩,他们也成功实现了这一目标。在过去几十年中,D A R P A直接或间接负责的无数科技创新———从隐形飞机到G PS再到现代互联网的前身A R PA N E T———改变了数千万人的生活。D A R PA这一美国“军—工”混合体目前依然拥有相当多的资金投入到科技研发当中,在其当前正在研发的项目中,这里重点介绍10个能够为世界带来革命性改变的科技创新。

“小魔怪”和“海蛇怪”无人机(G re mlin sA ndS ubdrones)

目前无人机越来越小巧、功能越来越多。有自动起飞的、弹射发射的、士兵手掷发射的等等。D A R PA希望研发出一种能够由大型无人机携载和发射的小型无人机,并能够被收回。D A R P A称之为“小魔怪”(grem lins)。这种无人机将被设计成廉价且可重复利用型,能够执行侦察、监视等任务。必要的时候,还能够对目标发动袭击。理论上来说,“小魔怪”采取蜂群战术,成群出动围攻敌方战机,干扰敌方战机通信和雷达、使敌方战机飞行员不知所措,而且,由于“小魔怪”体积太小、数量太多,根本无法用导弹或机枪一一击落。“小魔怪”并非唯一一种D A R PA正在研发的新型无人机,其2013年启动的“海蛇怪”(H y-dra)项目,就是要研发出一种类似无人驾驶潜艇的大型水下无人机母艇“海蛇怪”,它可以装载或挂载多艘潜射型体积较小的无人机。由于“海蛇怪”是无人驾驶,所以其能够静静地在深海潜行多日,悄悄接近目标海域,然后发射出搭载的无人机,遥控其执行侦察或打击任务。或是在敏感海域的海底静悄悄地潜伏,直到需要的时候被远程激活,再浮上水面,发射搭载的小型水下无人机或无人飞行器。不论是空中还是水中,“小魔怪”和“海蛇怪”的原理都是由无人机再搭载无人机,这种子母无人机组合一旦成功,将使美军的战术发生重大改变。

超越GPS (B e yo n dG P S )

G PS如今广泛应用于各种军事目的和普通民众生活,但它的缺点是高度依赖卫星以及容易受到干扰和欺骗。美军的许多军事行动都发生在G PS不可用或无法访问的地区。而且,部分现代G PS设备在某些地区则必须依赖于俄罗斯的G L O N A S S系统。D A R P A正在致力于开发出

新的技术以打破对G PS的高度依赖。其中一个项目是将现有系统升级,称为“量子协助传感和读出”(Q uA SA R)计划。G PS依赖于原子钟,根据相对论,时间在快速移动的轨道卫星上比在静止的地面钟表上要快一点点。原子钟是目前同步系统保持正常运行和精确性最好的选择,D A RPA则希望改进原子钟,利用纳机电系统谐振器和钻石中的N V色心制造出接近标准量子极限的、更加精确的电子钟,这将使得G PS定位更加准确,且抗干扰能力更强。D A R PA还希望开发出能够完全取代G PS的系统。其在今年发表的一篇文章中概述了目标:当必须在那些G PS无法访问或可能被对手干扰的地区,为了有效执行任务,必须有替代方案以满足对精密计时和导航的需求。这些替代方案包括只有一分钱硬币大小的脉冲激光器,利用类似商业卫星、广播信号灯非常规参考点进行定位。一旦成功,预计相应技术很快会被应用于民用通信和导航领域。

X S -1航天飞机(X S -1)

航天飞机是基于“可重复发射利用”的理念来设计的,但目前的航天飞机只有部分可重复利用。D A R PA已经携手诺斯罗普·格鲁曼、复合比例和维珍银河三大航空公司,正在研发一种可垂直发射、水平着陆、重复利用的X S-1实验性航天飞机。这种航天飞机是无人驾驶型的,能够利用最少的基础设施来垂直发射,可加速到10倍音速或更快速度,抵达低地轨道,释放1400千克重的有效负荷,然后返回地球,降落在一个标准跑道上。D A RPA希望这种新型航天飞机是廉价且高效的,不但能够在10天内10次飞抵指定的太空轨道,而且每次发射、往返费用不超过500万美元(仅为当前费用的六分之一)。X S-1实验性航天飞机项目目前研发重点在于改进火箭系统,在抵达低地轨道后,再以超音速把其他航天器送入太空。这一研发过程将带来新技术的发展,使得访问太空变得越来越容易,不但在军事方面潜力巨大,而且拥有广阔的民用和商业前景。

爵士乐机器人(J a z zR obots)

能够自己创作音乐的人工智能程序已经问世好几年了,它们通过分析人类作曲家的作品,注意到相似的特征,就能在分析基础上生产出“伪原创性”的片段。这是很酷的。但D A R PA的计划更酷。现有的人工智能系统要生产出古典音乐并不难,而D A RPA希望开发出能够创作真正的爵士乐的机器人。选择爵士乐的原因很简单:它需要即兴创作。这可以帮助科学家教会机器人在面对结构性问题的时候如何进行分析和“思考”,以便更好地应对紧急情况。D A RPA资助的亚利桑那州立大学研究团队正在教人工智能程序如何创作爵士乐,未来目标是这些机器人能够毫不费力地和人类音乐家一起演奏。为了实现这一目标,就需要人工智能们能够在不断变化的条件下做出自发和实时的决策。这种技能正是未来战场所需要的。开发出一种能够自我学习、高度自主化的人工智能机器人并不容易,但其后果将是革命性的。

现代真空管(M o d e rnV acuum T ubes)

真空管自1904年被发明出来之后,就广泛地应用于大量电器当中,例如收音机、电视机、雷达系统、录音设备、电脑等,直到其被更小巧、高效和耐用的半导体所取代。不过真空管依然应用于旧款电视机和显示器当中,直到等离子显示屏和LE D崛起。时至今日,真空管由于其可靠性,依然被应用于轨道通信卫星和军用及民用雷达系统。虽然真空管被认为是日渐遭淘汰的旧科技,但D A R PA认为,他们的“创新真空电子科学技术”(IN V EST )项目能够为之注入新的活力。真空管的优势在于,在半导体已经无法工作的温度条件下,它依然能够工作。真空管的另一个优势在于,相比固态电子器件,真空电子器件能够以更高频率和更短波长来运行。这意味着能够创造更加“响亮”、更抗干扰的无线电信号,同时能够开发利用此前未能利用的波段,缓解当前无线电和微波通讯的拥挤状况。该项目的最终目标是能够开发出新的真空管制造技术,希望可以利用3D打印。

捕食病毒的细菌(Patho-gen P redators,TH oR,A nd Epidem ic Forecasting)

耐药性细菌的崛起对于全世界来说都是一个威胁,因为其不但意味着可能引发一场新的疫病流行,而且它还可能被用于军事或恐怖袭击。D A RPA已经跳出了固有的思维模式,不再仅仅是去思考如何让细菌不再侵害人类,而是致力于找出如何让细菌为人类所用的办法。有一种想法是利用捕食性细菌治疗由生物武器或耐抗生素病原体引发的细菌感染。一些捕食性细菌,例如噬菌蛭弧菌和M i ca v i b ri oaeruginosavorus,已经被证明能够捕食超过100种人类病原体,其中包括一些耐药性病菌。这为采取“以毒攻毒”的治疗方案打开了一道门。但据D A R PA指出,要研发出一套可行的“以毒攻毒”治疗方案,有三个问题必须回答:第一、捕食性细菌是否会对宿主(人类)产生危害?第二、这些捕食性细菌吞噬病原体的效率有多高?第三、病原体是否会对捕食性细菌产生抗性?如果这些问题能够解决,那么一种比传统医疗技术更加安全、有效的治疗技术就指日可待了。此外,D A R PA还在研究其他方法以帮助人类对抗病原体。其中有一个项目叫做“宿主恢复力科技”(T H oR ),旨在通过研究人类和动物的免疫力和耐药水平来探寻宿主的自然免疫能力。依照马修·赫本上校的说法:“了解了耐药性和传播的基本机制,可以降低由耐药性细菌导致的死亡率。”D A R PA也致力于发现更好的途径去预测病原体如何进化和传播,以便研发出对抗流行病的更好对策。2014年,D A R PA推出了C H IK V挑战赛,每个参赛团队都获得了一些基孔肯雅病毒在美洲传播的数据。结果,来自美国亚利桑那州立大学的团队取得了胜利,该团队的研究人员能够始终预估出2014年到2015年之间基孔肯雅病病例在加勒比地区的数量、持续时间和峰值。赫本上校指出:“我们的目标是能够预测出疫病流行趋势,就像天气预报员能够预报明天的天气一样猜测出病毒的进化和传播。”

叙事网络(N a rra -tive N etw orks)

在与类似“伊斯兰国”(IS)这样的威胁作战时,西方在思想战领域屡屡失利,于是美军对于研究故事和叙事如何影响人类的思想和行为变得越来越感兴趣。考虑到这一点,他们推出了“叙事网络”计划,旨在推出“叙事”并使得它们呈现严格的、透明的、可重复的方式,能够进行定量分析。许多早期研究聚焦于观察“想法”如何在社交网络传播,但是该项目已经转向聚焦于甄别哪些是能够对人类产生影响的故事和想法,采取的手段是细微面部特征分析和核磁共振扫描。依照D A R PA的文件:“叙事”对于人类的思想、感情和行为产生了强大的影响,对于安防来说意义特别重大。在解决冲突和反恐这两种任务中,至关重要的是检测潜藏在由故事激发的同理心背后的神经反应。即由故事引起共鸣是表象,而研究是要搞清楚这种表象之下,人类神经如何运作。最近的一些研究包括让参与实验的大学生观看希区柯克的电影以及其他一些影片,例如《异形》、《危情十日》、《慕尼黑》和《绝岭雄风》等,同时用核磁共振扫描他们的大脑。结果表明,迫在眉睫的威胁会减少人们对于周边世界空间和概念的认知。D A R PA的最终目标是创造出一种机器,这种机器能够悄悄检测叙事对人类心理的影响。用D A R PA的话来说,高度鼓励研发那些“非侵入性的、无法被侦测到的”设备。有些人对D A R PA的做法感到担忧,其中包括乔治·梅森大学的人类学家休·卡斯特森(H ughG usterson),他指出:“大多数理性的人会相信,如果我们生活在一个人人都对军事不感兴趣的世界,我们所有人都会过得更好。但对于五角大楼的一些人来说,它(军事研发)太具诱惑力了,不容忽视。”

能量自给战术机器人(E nergy A uton -om ousT actical R obot)

2012年的时候,有一个谣言在互联网上传播,声称美国军方正在研发一种可怕的食肉机器人。值得庆幸的是,这只是有点用词不当。D A R PA一直在研发一种被叫做“能量自给战术机器人”(EnergyA utonom ous T acticalR obot)的系统。该系统被设计成以植物性生物质为能源,它配备一个大钳子和一把电锯,能够剪草,收集树枝、纸张、木屑等作为绿色能源。这将允许机器人能够持续执行任务而不需要定期加油或充电。当然,在需要的时候,它也可以使用常规能源,例如柴油、汽油、重油、没有、丙烷、煤炭、食用油、太阳能等。研发这种机器人的目的是为了让其能在战场上直接支持作战部队,提供负重(武器装备、后勤补给等物资)、伤亡人员转移等服务,同时它还是一个便捷的移动电源。然而,一系列耸人听闻的消息却称美国军方正在研发食人机器人,针对这一说法,“飓风能源科技公司”的首席执行官哈里·斯赫尔(H arrySchoell)指出:“我们完全理解公众对于要用人类来喂养机器人(这一说法)的担忧,但这不是我们的任务。”D A R PA授权“飓风能源科技公司”来研发这种机器人。他们不厌其烦地坚称,这种机器人是“严格的素食主义者”。这项技术也有民用潜能,例如可以把食物垃圾当成燃料来源,为使用者节约汽油钱。

恢复活跃记忆回放(R A M R eplay)

R A M在这里的意思是“恢复活跃记忆”。“恢复活跃记忆回放”旨在寻求一种更好的方式使得个人能够记得“情节记忆”和学会技能,也就是开发出一种途径去增强对陈述性记忆和程序性记忆两者的回忆。陈述性记忆是指事实和经历;程序性记忆又称惯性记忆或技能记忆,是指一种下意识的信息,使得个体能够执行此前通过反复尝试才获得的技能,如骑自行车等。在动物身上的研究表明,不论是在睡眠还是在失眠状态,大脑中存储的记忆会在不知不觉中被重新激活,这一过程叫做神经回放,是大脑活动的一种,其模式相当于一段记忆被编码。D A R PA希望研究如何参与进这些回放过程,研究记忆被激活的频率以及两次回放之间的时间对后续陈述性记忆和程序性记忆的影响。研究表明,感觉提示(例如特定的气味)和对用电流刺激头皮能够影响一个人针对特定技能的回忆。了解这些过程能够揭示生理或环境因素如何影响一段记忆或一种技能在人类大脑中的存储。根据项目管理人家斯通·桑切斯博士(Dr. JustinSanchez)的说法:从简单的助记符到复杂的智能手机应用程序,各种非常规的记忆协助方式在今天比比皆是。但是大多数这种技术都仅仅关注众多记忆影响方式中的少数几种。从长远来看,我们希望“恢复活跃记忆回放”将识别核心的加强记忆机制并产生一系列可总结概括的实施方案,以便人类在一个信息日益密集的世界中能够应对记忆可靠性的挑战。这种技术不但能够使军人获益,也能使平民受益,其不但有助于战场态势感知训练,而且对诸多通识教育领域都有帮助,例如汽车驾驶和再就业培训等。

暗网搜索引擎M e m e x(Mem ex)

2015年2月,D A R PA宣布他们正在研发一款针对“暗网”(或“深网”)的搜索引擎。大多数的暗网都无法访问或只能通过类似T or或12P这样的加密网络来访问。虽然在技术上来说,类似谷歌、必应或雅虎这样的搜索引擎有能力把其检索范围扩展至暗网,但如果没有商业动力的话,他们几乎不会这么做。但是D A R PA做了,而且宣布他们正在研发的暗网搜索引擎M em ex已经经过初步测试。D A R P A研发M em ex的初始动力主要是为了帮助政府和执法机关搜索特定的条目或关切内容,以获得比商业搜索引擎所提供的更有用的搜索结果,从而能够聚焦于类似人口贩运和毒品交易等事宜。虽然最初的设计是为了满足政府和军方的需求,但M em ex正由于其潜在的民用和商业用途而受到越来越多的关注,它已经被称为“谷歌杀手”。来自M em ex团队的人这样描述其终极目标:先进的网络检索和抓取工具,像人工智能和学习型机器人一样行事,目标是能够用自动化方式在互联网上获取任何内容。


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