您的位置:bob体育官方平台 > 外军资讯 > 意念控制无人机机器人,离我们有多远

意念控制无人机机器人,离我们有多远

2020-02-11 11:18

●随着脑科学的发展,“个体智能化”时代已经到来

图片 1

图片 2

●脑科学应用于军事领域,战争形态将向智能化演进

人脑大约有1000亿个神经元,是人体中最复杂的部分,也是宇宙中已知最复杂的组织结构。脑科学计划简称脑计划,主要包含以探索大脑秘密、攻克大脑疾病为导向的脑科学研究和以建立、发展人工智能技术为导向的类脑研究,旨在探索大脑运行机理、增进精神卫生和防止神经疾病、发展人工智能技术,最终达到认识大脑、保护大脑和创造大脑的目标。因其对人类健康、认知、国家安全等领域的战略意义和深远影响,自21世纪初以来世界各大国纷纷开展脑计划,并将其纳入国家级科研计划,视为国家战略。

为未来战争塑造绝顶聪慧的“作战大脑”——

●脑科学与类脑研究应用前景广阔,但仍需攻坚克难

资料图/图 来源网络

伴随着生物交叉技术尤其是脑机接口技术的快速发展,人类已经能实时捕捉大脑发出的信号,并用这些信号控制外挂设备。研究人员甚至设计出一种可将人脑发出的信号实时连接到互联网的方式,相当于将每个人的大脑转变成信息网络中的一个信息节点。凭借“脑联网”,生物智慧将有可能全面超越现代信息技术,并通过脑机接口和脑控技术,实现诸如“脑控机器战士”等军事领域的颠覆性变革。未来,我们或将勾勒出一个比互联网乃至物联网更加先进的“脑联网”时代,并将对作战模式和国防安全带来巨大影响。

斗转星移,日月穿梭,人类历史已进入高速发展的后信息化时代。这一时代一大典型特征就是“个体智能化”,人所接受的信息输入及与周围环境的交互协调愈加丰富。

竞争日趋激烈全球掀起脑竞赛热潮

未来有了“脑联网”,我们的生活可能是这样的:我们的语音、行为可被各类生活物品感知、记录与分析;锅里的水烧干了,身上的“可穿戴”设备会将报警信息传达至我们的大脑;见你躺下睡着了,房里的智能空调会自动打开并调整到最合适的温度;出门不再担心堵车,走出家门的一瞬间,你的脑海里就会呈现出实时车流量图,走哪条路更顺畅“一目了然”……

近年来,云计算、物联网、可穿戴设备、数字化智慧城市等新智能浪潮和颠覆性技术的涌现,使人类社会对大脑思维及行为指令的理解与运用达到全新高度,人脑智能与思维意识的主宰性和引领性正得到前所未有的强化。

自有人类历史记录以来,大脑奥秘始终是人类关注和探索的热点,更是现代科学面临的最大挑战。随着生物学、医学、神经科学和认知科学的发展,人类深刻认识到脑科学研究的重要意义,探索大脑的科学热情更加高涨。进入21世纪后,随着新型成像技术、汇聚技术以及基于计算和信息通信技术平台的出现,脑科学研究的时代才真正到来,神经环路、计算神经科学、脑机接口等领域不断取得突破。

用“意念”进行交流

在此背景下,对于大脑奥妙的探索及其开发利用的重要性、迫切性凸显出来。早在2009年,美国陆军支持的一份研究报告就明确指出,脑与认知科学的发展,将为传统军事领域提供全新的认知和方向,开辟包括脑机接口、军人精神状态标志物发现及军事认知增强技术等在内的新兴军事领域。

2004年,美国推出神经科学研究蓝图框架。2011年,发布神经科学10年计划:从分子到脑健康。2013年4月,美国政府正式公布推进创新神经技术脑研究计划,宣布在大脑结构图建立、神经回路操作工具开发、大规模神经网络记录技术开发等9大研究领域开展重点资助研究。

人脑在进行思维活动、产生意识或受到外界刺激时,伴随其神经系统的运行必然有一系列脑电波信号产生,这就是如今人们对大脑进行“二次开发”的基础。简单讲,脑科学就是通过采集人类思考时产生的脑电波信号,利用大数据找出规律性,进而翻译成机器可识别的信号。在此基础上诞生的脑机接口技术,可实现人脑与计算机等外部设备间的信息联通。通过对脑电信息分析解读,进而可转化为相应机器动作,实现信息传递。

脑科学新原理的发现与前沿技术的突破,应用于军事领域可望大幅提升武器装备智能化水平,对国防和军事能力建设产生不可估量的颠覆性影响。

2002年至2009年,欧盟对150余个脑科学研究项目展开大规模资助。在此基础上,2013年,欧盟正式提出人脑计划,试图以超级计算机技术来模拟脑功能,在未来神经科学、未来医学和未来计算等领域,开发出新的前沿医学和信息技术。

事实上,脑科学研究是一个多学科交叉的前沿研究方向。一旦通过生物交叉技术或是脑机接口技术实现了大脑与外界的直接信息交流和控制,人类社会就将开启人与人、物与物、人与物之间充分互联互通的“脑联网”时代。

护脑强脑

此外,加拿大、日本、德国、法国、英国等国家也先后推出本国的脑科学研究计划,主要聚焦在研究各种脑功能和脑疾病的机理,希望抢占其未来技术制高点、掌握未来战略主动权。与此同时,许多世界级企业也纷纷推出自己的人工智能大脑计划。谷歌实验室和IBM致力于构建庞大的人脑神经网络模拟系统。

“脑联网”其实离我们并不遥远。研究人员通过为动物大脑加装实时互换信息的接口,成功实现了将4只老鼠大脑连接成“脑联网”的实验示范。不久前,科学家还建立起人脑与蟑螂大脑的“脑-脑接口”,通过自己的大脑遥控活体蟑螂活动,成功制作出可控的活体“机器动物”。这种用“意念”交流或是控制物体的新技术,或将开启人类颠覆性用脑的新纪元。

在高技术广泛应用于军事领域条件下,先进武器装备的重要性不言而喻,但人依然是战争胜负的决定因素。尤其在现代和未来高信息化和高智能化作战模式下,以极端环境下的创伤性脑损伤和创伤后应激障碍综合征为代表的军因性脑损伤,仍将大量存在。因此,开发出脑保护与认知增强方面的新型技术手段,是保障和提升军事作业效能的基本要求。

技术日新月异奠定规模化应用基础

在“脑联网”的世界中,脑是最核心最根本的要素,同时也承担着“脑联网”的智慧属性。不同于互联网与物联网,“脑联网”搭建的是高度智能化的平台,平台系统中所有活动都是围绕脑的“思维”来进行部署。

面对战场需求,军事脑科学有望在新型神经再生修复技术、革新性神经调控技术、认知训练增强方案等方面推出重要研究成果和保障措施。在此基础上,进一步结合新型生物传感器研发、人工智能与机器学习技术、新型可穿戴智能防护装备等,科学家可望在未来全面提升军事人员的健康防护水平、增强军事认知效能,打造“超级战士”。以美国国防高级研究计划局为例,其启动的众多项目之一,就旨在研究“神经重播”在形成记忆与回忆过程中的作用,从而帮助人脑更好地产生学习记忆能力,更快地掌握军事训练技能。

全球范围的脑计划启动以来,围绕大脑开展的科技创新和科学发现不断涌现。神经标记和神经环路追踪技术、大脑成像技术、神经调节技术、神经信息处理平台等多个研究领域取得进展。许多国家将脑功能障碍疾病诊治放在突出位置,如自闭症、心理障碍、抑郁症以及神经衰退、阿尔茨海默综合症、帕金森综合症等疾病是这项计划首先要攻克的目标。

“心有灵犀”不是梦

近年来,美军还投入大量资源,研究通过超声、激光、电、磁等方式对大脑的特定区域加以刺激,从而达到提升人脑机能、保持军事行动高效的目的。2019年《自然·神经科学》杂志报道,对70岁以上老年人大脑特定区域进行经颅交流电刺激后,竟能使老年人大脑记忆力恢复至20岁水平。

2012年,美国哈佛大学在脑结构的研究方面取得突破,其开发的新型核磁共振扫描技术,使精准探索大脑内部结构成为可能。

通过收集脑电波信号实现人脑与计算机和互联网设备通信,每个人的大脑都被转变成为信息网络中的一个信息节点。未来的“脑联网”将直接实现两个人大脑之间的信息传播,“心有灵犀”或将真正变为现实。

战场上,士兵的生理、认知和心理风险始终存在,保持高度的健康和认知状态,对于保障军事任务的顺利完成无疑至关重要。以军事脑科学为突破口,开发革新性脑保护与认知增强技术,在保障和提升官兵军事技能方面具有重大应用潜力。

2014年,美国威斯康星大学依托可靠神经接口技术开发的脑结构研究技术使大脑神经网络活动可视化逐步实现。

正是看到了“人脑”在军事领域的巨大潜力,美国国防部高级研究计划局先后启动了数十项旨在提高对大脑机制了解、模拟大脑用于复杂信号处理等研究项目。日前,他们还开展了“数字大脑”研究,通过在人脑中植入电子元件接口,在大脑与数字设备之间搭建起信息传递的渠道。

类脑智能

在脑机接口技术方面,人类用意念控制物体的设想终于实现,大脑控制外部设备以及大脑控制另一生物体的异体控制技术已经取得成功。借助脑电设备,日本研发的脑控自行车、德国的脑控汽车、美国的脑控机器人等新技术层出不穷。2016年,美国脑控无人机大赛,意念操控无人机飞行距离达到9米。

目前,人们已经在探索脑结构方面取得重要进展。美国国防部高级研究计划局通过与高校合作,研制出可探究人脑神经结构与功能之间联系的新技术。同时,人们对人脑信息的理解程度正与日俱增。脑电波信号破译、神经信息还原甚至再现人的梦境都取得突破性进展,大脑控制机器人等外界设备早已不是什么新闻。

开发基于模仿人类大脑工作原理的类脑智能,已成为人工智能取得突破的一条重要途径,必将对军事技术与装备发展方向产生重大牵引作用。

我国信息工程大学基于脑机交互技术已经实现了脑电波控制机器人的动作控制和飞行器的飞行状态控制等,借助脑电设备,实现了用意念控制无人机和机器人的脑控实验。

对“脑联网”而言,最大的难点当属“脑对脑”的控制。2013年,研究人员通过植入脑内芯片的方式,为相距数千公里的两只老鼠实现了大脑间的第一次“深情问候”。2014年9月,研究人员利用脑电波设备成功将两个单词从志愿者的大脑直接传送到实验人员脑海中,首次实现直接利用大脑收发信息。同时,研究人员还进行了非侵入式脑对脑接口实验,在不需要向大脑内插入电极的情况下,实验者通过“意念”成功遥控了另外一人的手部运动。

当前人工智能发展的主流技术尚处在以数据智能为主阶段,高度依赖建模和巨大计算资源,缺乏自学习、自适应和高度并行运算能力,且逻辑与推理能力较弱,而受大脑神经运行机制和认知行为启发的类脑智能,可以弥补当前数据智能的局限与不足。更为关键的是,类脑智能将颠覆传统计算机运行架构,实现新的计算与存储整合模式,并有望实现超低功耗。

在类脑科技研究方面,2013年德国科学家制造出纳米忆阻器元件,随后美国和澳大利亚学者通过纳米尺度的忆阻器矩阵,制造出世界首个能模仿人脑的电子记忆细胞。同时,模仿人脑的神经形态芯片、具备人脑处理功能的仿脑处理器、认知计算机技术等智能技术纷纷问世。

带着“大脑”上战场

2014年,美国IBM公司通过模拟大脑神经网络基本构造,开发出模仿百万个神经元和数亿个突触的第二代“真北”类脑芯片,初步实现了高效率执行神经网络计算的方式工作。2015年,美国宣布成功构建出由基于模仿突触结构的“忆阻器”组装而成的神经网络芯片,从而为更大规模的类脑神经网络和类脑智能开发奠定了基础。

军事潜力巨大催生认知空间制脑权争夺

“脑联网”将智能技术全面融入现代信息技术并引领其发展,势必对武器装备、战争形态、军事理论、作战要素等产生革命性影响。不难想象,未来战场,高智能自主决策的“智慧武器”或将出现,智能化的自主作战力量将成为战场主角。

以军事应用为目标,未来科研人员有望开发出全新的智能化作战信息处理系统、颠覆性军事武器装备和作战指挥决策系统。这将大幅提升作战的智能化水平和指挥决策效能,加速推进新质战斗力生成和作战模式转变。

随着脑计划发展战略的推进,脑科技在军事领域的地位和价值日益凸显,制脑权已经成为未来军事较量新的高地。

脑联网的军事应用首先体现在“脑控”领域。早在本世纪初,美国就开始探讨脑机接口技术的军事应用,力图通过人脑与机器的联网,在复杂战场环境中降低伤亡率,并进一步突破人类的生理极限。据悉,美军目前正在研究的“阿凡达”项目,其目的就是打造出通过“意念”远程操控的“机器战士”,未来或将代替士兵遂行各种战斗任务。

脑机融合

在军事上,脑科学的发展为作战理论变革、武器装备智能化发展带来了重大机遇,成为当前世界军事科技竞争中最前沿、最具挑战性的领域,其军事应用前景主要体现在仿脑脑控超脑控脑四个方面。

“脑联网”的军事应用还体现在对大脑信息的精确掌控上。如何在复杂战场环境下提升军事指挥员的认知和决策能力,是未来战争的必修课,“脑联网”恰恰可以完成对军事指挥员认知能力的提升。同时,指挥人员还可通过“脑联网”实时掌握敌我双方作战人员的心理状态、作战进程、健康状况等信息,更可利用对敌方人员心理状态的了解适时发起一场心理战。

大脑在不同的思维意识状态下,会产生不同的神经电信号活动。科研人员在对这些特征脑电信号进行处理分析基础上,可将提取出的特征信号解码后,通过控制指令对外界设备进行有效控制。这种大脑与外界环境和装备之间的直接信息交流方式,谓之“脑机接口”。

例如仿脑,它主要是通过借鉴人脑运行机理,开发出具备人类识别、推理和判断能力的信息处理系统、智能武器装备或高智能机器人。目前,这类装备已经从实验室走上军事应用。美、俄、日等国均装备有此类高智能机器人。

此外,“脑联网”还将加速各类战场要素的实时快速传输,并实现战场数据的信息共享,有助于增强和提升人脑对战场海量数据的分析与研判能力。利用脑机装备甚至还可建立起指挥员与每个作战单元“点对点”的数据通信。未来,打造基于“脑联网”的一体化智能作战平台,将成为自动化作战指挥系统的发展新思路。

通过意念控制机器设备是人类一直以来的梦想,而脑机接口技术的出现则提供了手段和可能性。在2014年巴西足球世界杯上,一位下肢残疾的巴西青年,受助于脑机接口技术,用自己的脑电波控制机械外骨骼实现了第一脚开球;美国杜克大学实验室的猴子甚至可以通过脑机接口技术,实现对远在麻省理工学院的机械臂运动的操控;2016年,美国科研人员借助脑机接口技术,让因脊柱损伤而瘫痪的猴子又开始了行走。这些激动人心的进展,显示出脑机接口巨大的应用前景与发展空间。

脑控,则是借助脑机交互技术实现人与机器的高效融合,从系统层面提升武器的战斗效能,在复杂战场环境突破人类的生理极限。美国国防高级研究计划局开展的阿凡达尖端军事科研项目,就是通过开发外骨骼服来扩展人类机能,控制进攻性武器和系统。

未来战争,带着“大脑”上战场,你准备好了吗?

在军事层面,脑机接口技术除了有望解决伤残军人的肢体功能恢复外,还有望改变现有的机械化和信息化武器装备的操控模式,实现大脑直接控制武器装备,即所谓的“脑控”技术。

超脑,是通过电磁、超声波、激光等方式实施神经刺激,激活大脑潜能,激发大脑功能,达到智力、感知力、注意力等人体机能提升的目的。美国的不眠战士计划就是其典型应用,以温和电刺激大脑的方式帮助士兵在高风险军事行动中保持长时间的高度清醒和警觉。

目前,英国已初步实现人脑通过脑机接口装置直接控制飞船模拟器的飞行;美国也实现了利用飞行员的意念对F-35战机飞行模拟器进行操控驾驶。

控脑,则是利用技术手段实现对人的神经活动、思维能力等进行干扰甚至控制。

随着技术愈发成熟,未来脑控智能化军事装备将会越来越多,有望大幅提升武器装备的打击效能,真正做到“感知即决策、决策即打击”,引发军事装备操控模式的深刻变革。

新技术的发展与应用虽然令人振奋,但就目前而言,脑机接口技术远未成熟,高精度脑电信息的采集与解析仍有诸多瓶颈需要突破,实现意念及思维活动的精准靶向输入和人机一体,有待于神经科学家与相关领域学者继续攻坚克难。

脑脑协同

随着脑机接口技术的突破与发展,“脑联网”的概念应运而生。其核心是将多个大脑通过大脑接口协同起来,实现彼此之间信息的协同互换,更加高效地完成复杂任务。其典型特征是脑脑协同和高度智能化。

2013年,美国科研人员通过植入式电极,实现了距离数千千米的两只小鼠大脑之间的相互感知与任务协同。次年,欧洲科学家借助脑电波及相关设备,成功将两个单词从一位印度志愿者脑中传送到8000千米外的法国实验室人员脑海中。报道称,这是人类首次“几乎直接”地通过大脑进行通信。还有研究称,借助非侵入式脑脑接口实验技术,实验者可通过“意念”成功控制另一人的手部运动。

当前,尽管受限于生物交叉技术的发展,“脑联网”技术远未成熟,但我们有充分理由相信,基于大脑智能的生物智能网络,必将超越现有信息化技术和弱人工智能技术,相关技术的开发运用必将加速推进军事领域的颠覆性变革。未来或可开发出基于“脑联网”的脑脑协同作战平台或系统,有望实现战场感知、后勤保障、武器装备与指挥系统的高度优化与集成,各作战环节和指挥效能得以最大限度的发挥,从而在瞬息万变的战场态势中捕获稍纵即逝的先机,实现出奇制胜。

专家小传:吴海涛,军事科学院军事医学研究院研究员,国家优秀青年基金获得者,北京市“科技新星”,在国际知名学术期刊发表研究论文40余篇,参编中英文专著和译著5部。

本文由bob体育官方平台发布于外军资讯,转载请注明出处:意念控制无人机机器人,离我们有多远

关键词: