《機械戰警》人工智能和無人機系統

由著名導演何塞·帕迪里亞執導的好萊塢大片《機械戰警》（RoboCop）最近在國內上映，該片是1987年版的經典科幻系列片《機械戰警》（RoboCop）的翻拍之作。《機械戰警》是好萊塢歷史上非常經典的科幻系列片，至今仍為許多影迷津津樂道。不過，大多數影迷對影片的喜愛，主要來自于片中精彩激烈的槍戰場面，和一身鋼甲、正氣凜然的主人公，很少有人關注片中所展現的人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術。

實際上，新舊兩版的《機械戰警》，都誕生于AI技術發展的重要歷史階段。透過影片對機器人形象的展示，可以看出美國AI技術發展的時代潮流和美國社會對AI技術的認識。

人工智能， 英文縮寫為 AI， 是一門由計算機科學、控制論、信息論、語言學、神經生理學、心理學、數學、哲學等多種學科相互滲透而發展起來的綜合性新學科，誕生于20世紀30至50年代。在誕生之初，科學家們對AI的發展非常樂觀。當時，科學家們普遍認為，AI研究的目的就是制造和人一樣能夠思考、分析、解決問題的機器，并認為這一目標可以在數十年內實現。這種樂觀態度甚至引發了一種恐慌，就是這樣能思考的機器會不會最終取代人類而掌控地球？阿西莫夫著名的“機器人三大定律”，就是在這樣的背景下提出的，由此引發的有關科學倫理的討論影響至今。

但是，隨著技術的發展，科學家們發現事情遠非這樣簡單。因為人類至今沒有搞清自己的“智能”到底包含哪些內容，以及人類“智能”到底如何運作。同時，隨著計算機技術、微電子技術的發展以及新邏輯學等學科的出現，科學家們發現，計算機固然不能百分之百模擬人腦，但卻能非常有效地模擬人腦的一部分功能，在某些領域取代人的工作。由此使得AI的研究方向產生了分化。和早期科學家一樣致力于制造和人一樣思考的機器的AI技術，被稱為強AI，也叫Bottom-Up AI或BUAI；致力于制造模仿人腦一部分功能的AI，被稱為弱AI，也叫Top-Down AI或TDAI。目前，具有應用價值的AI技術主要表現為弱AI技術。強AI技術研究雖然也在不斷取得突破，但都主要停留在理論階段。

無論老版還是新版的《機械戰警》，關注的都是弱AI，因此都沒有涉及諸如“機器人是否能夠取代人類”這類科學倫理問題。

新、舊版《機械戰警》中的AI技術

舊版《機械戰警》的第一部上映于1987年，最后一部上映于1993年。這段時間正是作為AI技術主攻方向的弱AI技術處于低谷的時段，被稱為“AI冬天”。弱AI技術的核心在于大知識的存儲和檢索。打個比方說：擁有強AI技術的機器人，類似一個“機器嬰兒”，它擁有人類的感情和思維，但本身不擁有知識，其知識需要像人一樣學習才能夠獲得；弱AI技術制造的機器人，則是一個“超級電腦”，想要它模仿人腦的某一部分功能，需要先將這部分功能中人類已經掌握的所有知識輸入電腦并儲存起來，一旦機器人面臨問題，則從已有知識中檢索尋找應對策略。在“AI冬天”，囿于當時微電子技術的限制，電腦的數據存儲能力和處理速度都不高，制造出的機器人體型龐大，工作效率低下，而且極不穩定。因此，當時人們對AI的普遍觀點是：人的智能是無法超越的，機器人永遠無法取代人的工作。這種觀點，集中表達在舊版的《機械戰警》中。

在舊版《機械戰警》中，墨菲的對手ED-209，體型龐大，無法在狹小空間作戰，也無法完成諸如下樓梯這樣簡單的人類動作。影片一開場，ED-209就因無法識別執法對象是否有威脅而誤殺了OCP公司的員工。正是這種弊端，催生了影片主人公墨菲——一個擁有人的頭腦和機器人的身體的全新機械戰警。 在和墨菲的對抗中，ED-209除了火力強大之外完全處于下風。在墨菲拿到了更大威力的槍械后，輕松一槍就可以將其解決掉。墨菲在影片中主要的對手依然是人類歹徒，而非機器人。

隨著計算機技術和微電子技術的發展，特別是互聯網技術的突飛猛進，弱AI技術應用得到了重視，其在軍事領域的應用很快受到科學家們的注意。人們發現，戰場和執法、治安等環境中的各種從業人員，其所需要的信息大都可以轉化為數據，特別是戰士的戰斗技能和警察的執法規則，可以在數據化后由AI系統掌握。換言之，AI技術可以很好模擬戰士和警察的部分功能。由其操縱無人武器平臺，擔任戰士或警察的工作，不僅可以降低傷亡率，而且效率更高、速度更快，安全性和可靠性也更強。這些優勢，在新版《機械戰警》中得到了充分的展現。

在新版《機械戰警》中，ED-209不再只是擁有智能火控技術的地面武器平臺，而是全面智能化的機器人。其所不具備的部分功能，如狹小空間戰斗、爬樓梯等，由新型的機器人EM-208來實現。影片一開場，由兩款機器人組成的執法隊伍便已經完全掌控了美軍占領區的治安，只需要少量的人力對這兩款機器人進行管理和維護。墨菲的出現，并非由于這兩款機器人存在不足，完全是公司為了鉆“美國境內不允許機器人執法”的空子而采取的策略。

新版的墨菲可以輕松戰勝全副武裝的匪徒，但在和機器人的對抗中卻完全處于下風。火力稍弱的EM-208，由于不受恐懼、猶豫等非理性情緒的干擾，在和恐怖分子的對戰中，比具有人性的墨菲速度更快也更少犯錯誤。墨菲是靠博士關閉了人腦功能，完全由AI操控肢體的“作弊”手段才戰勝了EM-208。而在攻打公司大廈時，墨菲的防護能力差、火力弱的缺點被ED-209牢牢抓住，在對手重火力猛攻之下一度危在旦夕，靠隊友的幫助才躲過一劫。

在執法中，墨菲也由于受到情緒干擾，不能如上述兩款機器人那樣準確而高效。墨菲雖然執法嚴格，但由于受復仇情緒的影響，在影片末尾槍殺了已經接受逮捕的腐敗警察，這實際上是違法行為。而反觀ED-209，在開篇對抗恐怖分子時，攜帶武器的目標僅略有攻擊性的動作（一個中東少年持刀要刺向機器人），便立即被擊斃；而在最后一場打斗中，墨菲的同伴丟掉武器、雙手高舉站在墨菲身前，便阻止了機器人的射擊。

特別值得注意的是，電影中的大反派宣稱一旦禁止機器人執法的法案被廢除，墨菲將不再有價值，底特律的執法將完全由上述兩款機器人負責。也就是說，墨菲在和機器人的對抗中是全面落敗的。在戰斗和執法的應用中，人的智能并不比機器人更高效。

無人機系統的“短板”

在眾多無人武器平臺中，目前最受重視的便是無人機。新版《機械戰警》中也出現了無人機的身影。影片中的智能無人機可配合ED-209和EM-208維護占領區治安，向地面人員和機器人提供空中偵察信息。一旦恐怖分子展開襲擊，攜帶強大火力的無人機便可以迅速實施空中打擊，配合地面機器人消滅恐怖分子。

影片中所表現的無人機，是實現了飛控和火控智能化的無人機，這兩點也正是當下美軍無人機智能化研究的主要方向。

自美國反恐戰爭打響后，美軍在全球戰場投入使用了大量無人機，并取得了不俗的戰績，令世界矚目。但是，隨著戰爭的深入，美軍無人機技術的不足開始暴露。人們發現，看似神秘的無人機系統，從本質上說，只不過是一架遙控的飛行器，其操作都要后方人員通過數據鏈對其進行控制。這在很大程度上限制了無人機的作用。

以美軍著名的“捕食者”無人機為例，一架“捕食者”無人機，至少需要一名有飛行經驗的飛行操作員和一名傳感器操作員配合操作，還要有專業的數據分析人員和一定數量的后勤保障人員，還要配備一套“捕食者”主衛星鏈路通信套件。在遂行任務時，飛機的起飛需要飛行操作員在視距內進行遙控，控制數據通過近距離的數據鏈傳送至無人機。當無人機飛出視距后，轉入衛星模式，通過衛星實現后方對無人機信息傳遞和應答。飛行操作員則通過傳感器接收到的圖像和雷達數據來決定如何飛行，以及在何時何地發射武器。

在遂行任務時，無人機飛行操作員還要同時登陸多個頁面，以關注天氣狀況、接收情報并查看地圖。如果是配合地面部隊作戰，還要通過音頻同地面部隊進行實時互動。在多架無人機同時遂行任務時，飛行操作員們還要同戰區的空中協調員進行協調。傳感器操作員與飛行操作員類似，但連接的操作系統更多，包括照相機紅外系統、雷達以及其他傳感器系統等，操作也更為復雜。

不難看出“捕食者”無人機的短板：首先，操作系統復雜，多個系統同時工作，飛行操作員和傳感器操作員都極容易發生誤操作；其次，傳感器的畫面很容易受到天氣和地形的影響，導致飛行操作員誤判，甚至造成錯殺無辜；第三，傳感器攝像頭的視野范圍相對狹窄，造成飛行操作員在控制飛行時，視野和在有人機座艙內有很大不同，即使是飛行經驗比較豐富的飛行員，也必須經過專門的培訓才能夠實行操作。而且，一旦遇到有人戰斗機進行攔截，在空中格斗時，無人機受視野限制大為吃虧。

最初美軍每架“捕食者”對應一個飛行操作員和一個傳感器操作員，后來為降低人力成本，美軍開發了新的操作系統，使得一名飛行員和兩名傳感器操作員可以同時操作四架無人機。但這又要求對飛行操作員和傳感器操作員進行進一步的培訓。人力成本和昂貴的技術成本，使得“捕食者”遂行任務價格不菲。同時，由于對數據鏈的依賴和空中格斗能力弱，“捕食者”遂行任務必須選擇在美軍基本保障了制空權的戰區，而且常常要和有人機編隊飛行。這些都限制了“捕食者”發揮作用。美軍新近列裝的MQ-9“死神”無人機，相比于“捕食者”也只是在航程、續航能力、隱身性能和武器掛載方面得到了加強，并沒有從根本上解決這些“短板”。

智能無人機發展方向

作為世界上無人機技術最發達的國家之一，美國很早就注意到了AI技術在無人機系統的應用。在新版《機械戰警》之前，有一部以無人機為題材的好萊塢影片《絕密飛行》，影片中的主人公，就是一架百分之百實現強AI的智能無人機，它不僅可以自主飛行，實現全自動火控，甚至有了和人一樣的思維與感情，可以自己選擇目標，自主完成空中加油，在關鍵時刻還能夠犧牲自己撞毀敵機，救出戰友。

以今天的技術水平而言，制造這樣的無人機顯然不夠現實。不過，美國目前正在研制的X-47B無人機，就已經具備了一定的自主飛行和自動火控能力，部分實現了智能化。那么，在可預見的未來，美軍無人機智能化的主要方向有哪些呢？透過新《機械戰警》，不難發現一些端倪。

目前AI技術應用于無人武器平臺，一個很重要的“瓶頸”數據處理問題。目前有應用價值的AI技術都是弱AI。弱AI的特點，就是要實現模擬人腦的某一部分能，必須將該部分已有的全部信息數據化后儲存起來，在應用時由電腦進行信息檢索對比，執行應用程序。所以，模擬的內容越多，需要預存的數據就越大，CPU要檢索的數據也就越大，需要的時間就越長。換言之，在現有的弱AI條件下，一架無人機智能系統模擬的功能越多，反應速度也越慢，這顯然不符合戰場應用的需求。就像電影中的ED-209一樣，如果要求它既有強大的火力，又具有下樓梯、越障等狹小空間戰斗技能，這樣的機器人即使造出來，其反應速度也會非常緩慢，不適合戰場需求。

那么，怎么辦呢？電影中給出了非常簡單也非常聰明的方法：功能分開。新版的ED-209在體積上比老版大了好幾倍，幾乎有三層樓那么高，可以攜帶大量彈藥，安裝足夠厚的防護裝甲，內部也可以安置更大的處理器，處理數據更快。其火力強大、抗打擊能力強、反應迅速的優點被進一步加強。至于下樓梯等功能則完全取消，由EM-208負責。EM-208體積小，內置的存儲器必然也小，反應速度就慢一些，它的作用，是彌補ED-209的火力空白。在影片中，恐怖分子偷襲EM-208能夠同歸于盡，襲擊ED-209則全部被擊斃，顯示出兩者的微妙差別。

這也是未來智能無人機的發展方向：AI技術專業化，不同無人機型的AI各有側重，在遂行任務時高低搭配控制戰場。影片中那種既能用于空中偵察，同時又擁有強大火力的無人機，在較近未來很可能不會出現。最可能的解決方案是，其功能會分拆開來，偵察和情報搜集工作會由隱身性能更強、體積更小、具有自主飛行能力的智能偵察無人機來承擔；戰區巡邏和火力的打擊，則會由體積更大、速度更快、火力更猛且具有自動火控能力的攻擊無人機來承擔；空中格斗、空中加油等任務，也會分別由具有相應智能功能的無人機分擔，防空任務則可以交給智能導彈。實際上，這正是美軍在20世紀50年代提出的“無人機家族”概念。

其實，美軍正在研究的智能無人機X-47B，就具備了ED-209的某些功能。X-47B機身長度達到了11.63米，翼展展開后達18.92米，尺寸接近“超級大黃蜂”戰斗機，被稱為“縮小的B-2”，其隱身性能也與B-2不相上下，航程則達到了2100海里（3889千米）。目前在實驗中的X-47B沒有武裝，只有兩個任務艙，可各攜帶一枚2000磅（907千克）的JDAM，僅此就遠遠超過了現有的無人機。其后續型號X-47C還將加掛武裝。目前在實驗中的巡航速度馬赫數為0.9，后續型號會有進一步提高。

與美國空軍依靠操作人員參與控制無人機的“人在回路中”系統不同，美國海軍更傾向于無人機自主飛行。以X-47B為例，操作人員只需在起飛前輸入相關指令，該機即可自主完成計算飛行航線、執行任務、返航并安全著艦等一系列程序，甚至還能自主完成空中加油，僅在緊急情況下才需要人員介入操控。

但值得注意的是，從目前美軍公布的各方面消息來看，X-47B主要用途，依然是對地面/水面目標攻擊，以及電子干擾、反彈道導彈、反雷達、反艦、戰場偵察等等，這些依然是傳統無人機的任務范疇。盡管美軍在一些資料里宣稱像X-47B可以為B-2 轟炸機護航，但目前公布的實驗結果，沒有顯示X-47B具有空中格斗能力。要實現空中戰場的無人化，美軍就必須致力研究可自主空中格斗的無人機，與X-47B搭配主宰戰場。

自主空中格斗的智能無人機是否會成為美軍下一個研究熱點呢？讓我們拭目以待。