顛覆未來(lái)作戰(zhàn)的前沿技術(shù)系列之人體增強(qiáng)

吳勤

人體增強(qiáng)是綜合利用生物、信息、機(jī)械等領(lǐng)域的技術(shù)作用于人類的身體，使人的體力與腦力得到改進(jìn)與提升的前沿技術(shù)。如果將自然給予人類的人體機(jī)能看做是最基本的1.0系統(tǒng)，那么通過(guò)人體增強(qiáng)技術(shù)，人體的綜合機(jī)能將得到大幅度提升，進(jìn)入人體系統(tǒng)2.0時(shí)代。人體增強(qiáng)技術(shù)可以使普通人以及軍人獲取超越自己身體極限的神奇能力，在多領(lǐng)域的應(yīng)用前景和顛覆性影響令人矚目。

多家機(jī)構(gòu)展望人體增強(qiáng)技術(shù)的巨大潛力

多個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人類一直夢(mèng)想著能夠超越人類的一切束縛與限制，成為一個(gè)完美的“超人”，也一直在探索能夠使人類盡可能地變得更加強(qiáng)大的方法與技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，人們不再局限于利用一些自然的方法來(lái)循序漸進(jìn)式地提高自身的基本能力，而是通過(guò)更直接和快速的方法來(lái)提高和完善人類的技能和能力。例如，通過(guò)藥物或芯片改善人類的情緒、認(rèn)知和記憶，通過(guò)腦機(jī)接口控制或放大人的意念，通過(guò)外骨骼提升人的體能，通過(guò)人工耳蝸、芯片植入、智能眼鏡改善人的視聽(tīng)感官能力等。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)對(duì)“人體機(jī)能增強(qiáng)”這個(gè)詞的解釋是，任何暫時(shí)性或永久性突破人類目前身體極限的嘗試，使用的手段可以是自然的也可以是人工的。美國(guó)科學(xué)院、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)等重要的科學(xué)機(jī)構(gòu)與情報(bào)機(jī)構(gòu)相繼發(fā)表一系列報(bào)告，對(duì)人體效能改造，特別是人體增強(qiáng)給予高度關(guān)注，并預(yù)言人類即將迎來(lái)人體增強(qiáng)的新時(shí)代。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）于2014年4月新成立了生物技術(shù)辦公室，旨在研究使士兵保持最佳戰(zhàn)斗力以及迅速、全面恢復(fù)戰(zhàn)斗力的新技術(shù)。近期，各方重點(diǎn)關(guān)注的人體增強(qiáng)技術(shù)包括：視網(wǎng)膜植入、人工耳蝸等視聽(tīng)增強(qiáng)技術(shù);藥物、大腦植入、腦機(jī)接口等腦力增強(qiáng)技術(shù);外骨骼等體力增強(qiáng)技術(shù)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)院研究并發(fā)布的名為《人體效能改造：國(guó)際研究現(xiàn)狀及未來(lái)展望》的報(bào)告指出，醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)使得改造人體的能力日益成熟，而且這類創(chuàng)新會(huì)被各國(guó)軍隊(duì)采用。2012年11月，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)、英國(guó)科學(xué)院等4家機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)布了名為《人體增強(qiáng)與未來(lái)工作》的報(bào)告，指出人體增強(qiáng)技術(shù)未來(lái)將徹底改變?nèi)祟惖纳罟ぷ鞣绞剑瑘?bào)告關(guān)注的人體增強(qiáng)領(lǐng)域主要為認(rèn)知增強(qiáng)與生理增強(qiáng)兩大類，包括認(rèn)知增強(qiáng)藥物改善記憶力和注意力，使用助聽(tīng)器和視網(wǎng)膜植入改善感知，使用仿生肢體恢復(fù)運(yùn)動(dòng)能力，以及認(rèn)知訓(xùn)練、大腦刺激等技術(shù)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)對(duì)“人體機(jī)能增強(qiáng)”做出了解釋

2012年12月，美國(guó)國(guó)家情報(bào)委員會(huì)發(fā)布《2030全球趨勢(shì)：多元化世界》報(bào)告，預(yù)測(cè)到2030年，人類有可能通過(guò)選擇一些科學(xué)手段讓自己變得更加聰明、健康與強(qiáng)壯，報(bào)告將這些能夠增強(qiáng)人類機(jī)能的科學(xué)手段統(tǒng)稱為人體機(jī)能增強(qiáng)裝置。全球技術(shù)研究和咨詢公司Gartner也在其2013年發(fā)布的《2012～2013年技術(shù)曲線成熟度》報(bào)告中預(yù)測(cè)，除了信息技術(shù)的多項(xiàng)前沿科技將突飛猛進(jìn)地發(fā)展，另一項(xiàng)將在市場(chǎng)形成規(guī)模的技術(shù)就是人體機(jī)能增進(jìn)裝置，將提高人類感知能力與體能。這其中包括機(jī)械外骨骼、腦機(jī)接口、視網(wǎng)膜植入、聽(tīng)覺(jué)增進(jìn)裝置，甚至是提高智力的神經(jīng)性藥物。

視聽(tīng)增強(qiáng)——更有效的感知

《2030年全球趨勢(shì)：多元化世界》和《2012～2013年技術(shù)曲線成熟度》報(bào)告均高度關(guān)注視覺(jué)增強(qiáng)技術(shù)。視覺(jué)增強(qiáng)技術(shù)包括兩類：一是指能夠修補(bǔ)視力的眼內(nèi)植入物，可以接收視覺(jué)影像，并轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)刺激神經(jīng)，將信息傳入大腦;二是指利用伸縮式隱形眼鏡、夜視隱形眼鏡、智能眼鏡等新型可穿戴設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境更好的感知。

通過(guò)眼內(nèi)植入技術(shù)，人類能恢復(fù)并提升原有視力

通過(guò)眼內(nèi)植入技術(shù)，人類能恢復(fù)并提升原有視力。2013年，德國(guó)圖賓根大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)出了一種微芯片，該芯片約為3毫米大小，由1500個(gè)像素點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)像素都有自己的放大器和電極。這種外部供電的光敏微芯片將通過(guò)手術(shù)植入患者的視網(wǎng)膜表面下方，能使視網(wǎng)膜病變的盲人重見(jiàn)光明。2013年7月，英國(guó)利用胚胎干細(xì)胞培養(yǎng)出視網(wǎng)膜感光細(xì)胞，將這些細(xì)胞植入盲鼠眼睛的視網(wǎng)膜，成功地在眼睛和大腦之間形成了神經(jīng)聯(lián)系。2015年，加拿大研究出一種新的仿生鏡片，眼內(nèi)植入這種鏡片后，視力有問(wèn)題的人能將視力恢復(fù)到最佳水平。

利用先進(jìn)的視覺(jué)增強(qiáng)可穿戴技術(shù)，及時(shí)感知和了解原來(lái)無(wú)法直接觀察的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，讓人們變成“千里眼”。士兵將告別對(duì)繁雜笨重的偵察、通信設(shè)備的依賴，實(shí)時(shí)接收來(lái)自數(shù)百千米以外指揮部傳輸?shù)闹噶?、地圖等信息，查詢、獲取和感知來(lái)自其他偵察系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)情報(bào)。DARPA在“士兵視覺(jué)增強(qiáng)系統(tǒng)”項(xiàng)目下開(kāi)始研發(fā)一種隱形眼鏡，該隱形眼鏡可以增強(qiáng)作戰(zhàn)人員的正常視力，佩戴該隱形眼鏡的作戰(zhàn)人員可以看到虛擬的、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的圖像，整個(gè)過(guò)程無(wú)需借助龐大笨重的儀器。2014年，美國(guó)密歇根大學(xué)的科學(xué)家將可感應(yīng)光子的石墨烯薄層嵌入到鏡片之中，發(fā)明了一種比指甲還小的夜視隱形眼鏡原型，使昏暗的圖像看起來(lái)更明亮，該技術(shù)的應(yīng)用將使未來(lái)軍人取下頭盔上笨重的夜視鏡，代之以輕便的夜視隱形眼鏡。此外，DARPA目前正在資助一個(gè)新型隱形眼鏡項(xiàng)目，該隱形眼鏡能夠讓人眼具備2.8倍光學(xué)變焦能力。

可植入眼球的望遠(yuǎn)鏡，其直徑僅僅和蘋(píng)果籽差不多

除了視覺(jué)能力的增強(qiáng)，聽(tīng)覺(jué)也是人體增強(qiáng)的重要內(nèi)容之一。人工耳蝸是一種電子裝置，由體外言語(yǔ)處理器將聲音轉(zhuǎn)換為一定編碼形式的電信號(hào)，通過(guò)植入體內(nèi)的電極系統(tǒng)直接興奮聽(tīng)神經(jīng)來(lái)恢復(fù)或重建聾人的聽(tīng)覺(jué)功能。目前，世界上已經(jīng)有超過(guò)30萬(wàn)人使用耳蝸植入方式，替換在聽(tīng)覺(jué)方面存在故障的耳朵，以恢復(fù)聽(tīng)力。2013年5月，普林斯頓大學(xué)工程師利用3D打印技術(shù)制造出世界第一個(gè)仿生耳，該裝置可以接收聲波與超聲波信號(hào)。

腦力增強(qiáng)——更智慧的決策

通過(guò)對(duì)人的腦力增強(qiáng)，可以提高士兵的學(xué)習(xí)效率與記憶力、減少疲勞和提高警覺(jué)性，甚至可以實(shí)現(xiàn)大腦對(duì)外部機(jī)器的意念控制，最終使人具有更好的認(rèn)知與決策能力。使用電磁刺激、大腦植入和神經(jīng)性藥物等可以提高士兵的學(xué)習(xí)效率，讓人更長(zhǎng)時(shí)間地集中注意力，減少疲勞和提高警覺(jué)性;使用腦機(jī)接口技術(shù)，大腦可以直接控制機(jī)器，也被稱為“意念控制”，其涵蓋的層面很廣，包括智慧型義肢、機(jī)器人甚至車輛和武器等。

在記憶增強(qiáng)方面，使用神經(jīng)性藥物可以提高人的記憶力和思考速度。此類藥物能讓人更長(zhǎng)時(shí)間地集中注意力，提高學(xué)習(xí)能力。但神經(jīng)性藥物也存在巨大的副作用，會(huì)出現(xiàn)頭暈?zāi)垦！I吐、視力衰退、神志不清等。2012年，德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)大腦內(nèi)的神經(jīng)傳遞物質(zhì)多巴胺有提高記憶的能力，有助于研發(fā)提高記憶的藥物。

大腦植入芯片

在利用電磁信號(hào)刺激大腦方面，當(dāng)前研究的重點(diǎn)在于通過(guò)電、化學(xué)或生物方法來(lái)刺激人的神經(jīng)系統(tǒng)，加強(qiáng)人的精神和情感能力。神經(jīng)刺激方法可能包括：用電子設(shè)備直接刺激神經(jīng)組織的經(jīng)顱直流電刺激、經(jīng)顱磁刺激和腦深部電刺激。研究顯示，腦經(jīng)顱電磁刺激可以提高士兵的學(xué)習(xí)效率、減少疲勞和提高警覺(jué)性，通過(guò)大腦刺激學(xué)習(xí)更多知識(shí)的受試者對(duì)知識(shí)的記憶可延伸數(shù)月。近期，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)正在研究利用最新的神經(jīng)刺激技術(shù)來(lái)檢測(cè)大腦狀態(tài)，以及改善理解能力、目標(biāo)感知和決策能力。

利用大腦植入物提升人腦記憶能力、恢復(fù)因傷病引起的失憶已成為近期腦力增強(qiáng)的熱點(diǎn)。DARPA在該領(lǐng)域安排了多個(gè)項(xiàng)目。2013年，DARPA啟動(dòng)了“恢復(fù)主動(dòng)記憶”和“基于神經(jīng)技術(shù)的新興治療系統(tǒng)”兩個(gè)項(xiàng)目。前者目的在于開(kāi)發(fā)神經(jīng)信號(hào)分析與解碼新方法，應(yīng)用神經(jīng)刺激促進(jìn)腦損傷后記憶編碼的恢復(fù)，開(kāi)發(fā)植入式神經(jīng)設(shè)備幫助患者恢復(fù)記憶，以及了解如何對(duì)人類大腦的右半?yún)^(qū)進(jìn)行刺激和鍛煉，以提高士兵的反應(yīng)速度和瞬間記憶能力;后者目的在于開(kāi)發(fā)能夠?yàn)榛加袆?chuàng)傷后應(yīng)激障礙和其他神經(jīng)疾病的患者提供幫助的大腦植入物。DARPA于2015年新啟動(dòng)了一個(gè)稱為“恢復(fù)活動(dòng)記憶與回放”的項(xiàng)目，旨在研究確定大腦哪些部分決定著記憶和回憶的形成，從而幫助人腦更好地記住具體的偶發(fā)事件，更快地學(xué)會(huì)技能。

意念控制義肢取物

意念控制技術(shù)當(dāng)前致力于輔助傷殘軍人重新獲得行動(dòng)能力，未來(lái)則有可能實(shí)現(xiàn)對(duì)武器裝備的意識(shí)操控。在意念控制義肢方面，美國(guó)匹茲堡大學(xué)的研究項(xiàng)目在一位頸部以下癱瘓的女患者腦運(yùn)動(dòng)皮層植入傳感器，使其單憑意念即可操作機(jī)械手臂將一塊巧克力送入口中，比以往的研究更接近于一個(gè)正常人的肢體;2014年，DARPA在“革命性義肢”項(xiàng)目中，成功研發(fā)了名為“DEKA”的仿生機(jī)械手臂，該手臂具備近真實(shí)的控制能力，可用于幫助失去手臂的人員恢復(fù)生活能力;2015年，美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出新一代智能義肢，其擁有26個(gè)關(guān)節(jié)，能像正常的手臂一樣由人的大腦控制，可以抓舉20千克的重物。

在意念控制機(jī)器方面，2012年，DARPA啟動(dòng)了“阿凡達(dá)”項(xiàng)目，目標(biāo)是研制可通過(guò)意念控制的機(jī)器人，有望在未來(lái)代替士兵征戰(zhàn)沙場(chǎng)。美陸軍研究實(shí)驗(yàn)室正在研究一項(xiàng)技術(shù)，使得士兵僅通過(guò)意識(shí)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軍用系統(tǒng)的直接控制。在該研究方向下，陸軍實(shí)驗(yàn)室正在資助研究?jī)蓚€(gè)項(xiàng)目：一是通過(guò)實(shí)時(shí)記錄大腦活動(dòng)，研制一種可探測(cè)潛在表達(dá)和監(jiān)控使用人員關(guān)注點(diǎn)、意圖的原型系統(tǒng);二是尋求理解大腦信號(hào)的生理性生物標(biāo)記，用于探測(cè)潛在表述和特征狀態(tài)。2014年，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究人員首次成功展示了腦控飛行;2015年6月，俄羅斯“未來(lái)研究基金會(huì)”表示，以思維控制機(jī)械的腦機(jī)接口研發(fā)成功。

XOS 2外骨骼系統(tǒng)

體力增強(qiáng)——更強(qiáng)大的行動(dòng)

外骨骼是一種人員可穿戴的機(jī)電一體化設(shè)備，主要用于增強(qiáng)穿戴者的力量、速度、耐力等，一般由感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、仿生機(jī)械系統(tǒng)和能源系統(tǒng)組成。未來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，外骨骼埋植技術(shù)將可以實(shí)現(xiàn)把外骨骼埋植在機(jī)體內(nèi)，成為一種替代骨骼，大大增強(qiáng)人類先天的能力，修復(fù)喪失的機(jī)體功能。近年來(lái)，美國(guó)、俄羅斯等國(guó)軍隊(duì)陸續(xù)啟動(dòng)了多個(gè)軍用外骨骼項(xiàng)目，以增強(qiáng)士兵的作戰(zhàn)能力，同時(shí)保障士兵的身體健康。

美國(guó)DARPA的“增強(qiáng)人體機(jī)能外骨骼”項(xiàng)目旨在研制可幫助地面士兵攜帶更多武器、更好護(hù)甲和更多補(bǔ)給的外骨骼系統(tǒng)。在該項(xiàng)目資助下，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)出了BLEEX下肢外骨骼系統(tǒng)，雷聲公司開(kāi)發(fā)出XOS全身式外骨骼系統(tǒng)。BLEEX整體由1個(gè)用于負(fù)重的背包式外架、2條機(jī)械腿及相關(guān)的液壓驅(qū)動(dòng)裝置組成，自重45千克，可負(fù)重35千克，使用者感覺(jué)只有2千克。

洛克希德·馬丁公司聯(lián)合加州大學(xué)伯克利分校在BLEEX基礎(chǔ)上，共同推出了被稱為“人體負(fù)重外骨骼”的仿人體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的外穿型機(jī)械骨骼，系統(tǒng)由鈦合金制成的機(jī)械腿、驅(qū)動(dòng)裝置及控制計(jì)算機(jī)，以及背部的負(fù)重部分、散熱單元等組成，其既能夠使士兵完成爬行、深蹲、提舉重物等一系列動(dòng)作，又可減少士兵因提舉較重戰(zhàn)斗載荷而引發(fā)的肌肉骨骼損傷?！叭梭w負(fù)重外骨骼”總重約32千克，最大負(fù)重超過(guò)100千克，可保證穿戴者以4.8千米/每小時(shí)的速度背負(fù)90千克重物連續(xù)行走1個(gè)小時(shí)。2010年初，雷神公司推出改進(jìn)型XOS 2外骨骼系統(tǒng)，《時(shí)代》雜志將這一裝備評(píng)選為2010年“最具震懾力”的發(fā)明。XOS 2是由一系列結(jié)構(gòu)、傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制器組成的，主要利用高壓液壓驅(qū)動(dòng)，堪稱真實(shí)版的“鋼鐵俠戰(zhàn)衣”。該外骨骼可使穿戴者將重約90千克的重物反復(fù)舉起幾百次，而且不會(huì)感到疲勞，同時(shí)還可重復(fù)擊穿厚度為3英寸的木板。

“勇士織衣”

法國(guó)的“大力神”可穿戴式外骨骼能夠輔助士兵，并增強(qiáng)其在戰(zhàn)場(chǎng)上的負(fù)重能力和持久作戰(zhàn)能力?！按罅ι瘛蓖夤趋乐饕蓹C(jī)械腿（結(jié)合了機(jī)械裝置、計(jì)算機(jī)和電子裝置）和背部支撐架組成，使穿戴者能夠輕松背負(fù)重物。“大力神”可攜帶100千克重物，使穿戴者以4千米/小時(shí)的速度行進(jìn)大約20千米。2015年，德國(guó)斯圖加特一家工程研究機(jī)構(gòu)研發(fā)出一種名叫Robo-Mate的可穿戴外骨骼系統(tǒng)，可為體力勞動(dòng)者提供手臂、腿和背部的金屬機(jī)械支撐，令他們工作時(shí)托舉、負(fù)重能力提高到10倍。

可穿戴在士兵作戰(zhàn)服里面的輕質(zhì)、柔性外骨骼，成為軍用外骨骼發(fā)展的新方向?！坝率靠椧隆笔荄ARPA組織研制的一種重量輕、柔韌性好的內(nèi)穿型作戰(zhàn)服，它更像是肌肉、關(guān)節(jié)的感應(yīng)“增強(qiáng)器”，不僅具有傳統(tǒng)的防彈功能，還能增強(qiáng)人體機(jī)能，使士兵能背負(fù)重物長(zhǎng)時(shí)間行軍。美軍對(duì)“勇士織衣”的作戰(zhàn)指標(biāo)要求為：功率小于100瓦，不到9千克重，電池重約4.5千克，在不充電情況下可持續(xù)工作24小時(shí)，士兵背負(fù)45千克重物、以1.25米/秒的速度在平地上行走時(shí)，可以減少25%的代謝消耗?！坝率靠椧隆钡奶攸c(diǎn)主要有4個(gè)方面：一是負(fù)重智能分布于士兵全身，以減小作用力;二是可減輕和預(yù)防士兵損傷，增強(qiáng)體能;三是可重復(fù)使用能量，以降低能耗;四是柔韌性和靈活性好，輕便舒適耐用。2013年5月，美軍特種作戰(zhàn)司令部提出研制供士兵使用的“戰(zhàn)術(shù)突擊輕型作戰(zhàn)服”，這種作戰(zhàn)服采用外骨骼裝置減輕士兵負(fù)重的體力消耗，并集成了可瞬間固化的液體防護(hù)裝甲、溫度調(diào)節(jié)裝置、救護(hù)裝置和態(tài)勢(shì)感知裝置等。

責(zé)任編輯：葛 妍