顛覆未來作戰的前沿技術系列之人體增強

吳勤

人體增強是綜合利用生物、信息、機械等領域的技術作用于人類的身體，使人的體力與腦力得到改進與提升的前沿技術。如果將自然給予人類的人體機能看做是最基本的1.0系統，那么通過人體增強技術，人體的綜合機能將得到大幅度提升，進入人體系統2.0時代。人體增強技術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，在多領域的應用前景和顛覆性影響令人矚目。

多家機構展望人體增強技術的巨大潛力

多個世紀以來，人類一直夢想著能夠超越人類的一切束縛與限制，成為一個完美的“超人”，也一直在探索能夠使人類盡可能地變得更加強大的方法與技術。隨著科學技術的發展與應用，人們不再局限于利用一些自然的方法來循序漸進式地提高自身的基本能力，而是通過更直接和快速的方法來提高和完善人類的技能和能力。例如，通過藥物或芯片改善人類的情緒、認知和記憶，通過腦機接口控制或放大人的意念，通過外骨骼提升人的體能，通過人工耳蝸、芯片植入、智能眼鏡改善人的視聽感官能力等。

美國國家科學基金會對“人體機能增強”這個詞的解釋是，任何暫時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。美國科學院、英國皇家學會等重要的科學機構與情報機構相繼發表一系列報告，對人體效能改造，特別是人體增強給予高度關注，并預言人類即將迎來人體增強的新時代。美國國防高級研究計劃局（DARPA）于2014年4月新成立了生物技術辦公室，旨在研究使士兵保持最佳戰斗力以及迅速、全面恢復戰斗力的新技術。近期，各方重點關注的人體增強技術包括：視網膜植入、人工耳蝸等視聽增強技術;藥物、大腦植入、腦機接口等腦力增強技術;外骨骼等體力增強技術。

美國國家科學院研究并發布的名為《人體效能改造：國際研究現狀及未來展望》的報告指出，醫學、生物學、電子學和計算技術的發展已經使得改造人體的能力日益成熟，而且這類創新會被各國軍隊采用。2012年11月，英國皇家學會、英國科學院等4家機構聯合發布了名為《人體增強與未來工作》的報告，指出人體增強技術未來將徹底改變人類的生活工作方式，報告關注的人體增強領域主要為認知增強與生理增強兩大類，包括認知增強藥物改善記憶力和注意力，使用助聽器和視網膜植入改善感知，使用仿生肢體恢復運動能力，以及認知訓練、大腦刺激等技術。

美國國家科學基金會對“人體機能增強”做出了解釋

2012年12月，美國國家情報委員會發布《2030全球趨勢：多元化世界》報告，預測到2030年，人類有可能通過選擇一些科學手段讓自己變得更加聰明、健康與強壯，報告將這些能夠增強人類機能的科學手段統稱為人體機能增強裝置。全球技術研究和咨詢公司Gartner也在其2013年發布的《2012～2013年技術曲線成熟度》報告中預測，除了信息技術的多項前沿科技將突飛猛進地發展，另一項將在市場形成規模的技術就是人體機能增進裝置，將提高人類感知能力與體能。這其中包括機械外骨骼、腦機接口、視網膜植入、聽覺增進裝置，甚至是提高智力的神經性藥物。

視聽增強——更有效的感知

《2030年全球趨勢：多元化世界》和《2012～2013年技術曲線成熟度》報告均高度關注視覺增強技術。視覺增強技術包括兩類：一是指能夠修補視力的眼內植入物，可以接收視覺影像，并轉化為電子信號刺激神經，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備，實現對環境更好的感知。

通過眼內植入技術，人類能恢復并提升原有視力

通過眼內植入技術，人類能恢復并提升原有視力。2013年，德國圖賓根大學的科學家開發出了一種微芯片，該芯片約為3毫米大小，由1500個像素點構成，每個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手術植入患者的視網膜表面下方，能使視網膜病變的盲人重見光明。2013年7月，英國利用胚胎干細胞培養出視網膜感光細胞，將這些細胞植入盲鼠眼睛的視網膜，成功地在眼睛和大腦之間形成了神經聯系。2015年，加拿大研究出一種新的仿生鏡片，眼內植入這種鏡片后，視力有問題的人能將視力恢復到最佳水平。

利用先進的視覺增強可穿戴技術，及時感知和了解原來無法直接觀察的戰場環境，讓人們變成“千里眼”。士兵將告別對繁雜笨重的偵察、通信設備的依賴，實時接收來自數百千米以外指揮部傳輸的指令、地圖等信息，查詢、獲取和感知來自其他偵察系統的動態情報。DARPA在“士兵視覺增強系統”項目下開始研發一種隱形眼鏡，該隱形眼鏡可以增強作戰人員的正常視力，佩戴該隱形眼鏡的作戰人員可以看到虛擬的、增強現實的圖像，整個過程無需借助龐大笨重的儀器。2014年，美國密歇根大學的科學家將可感應光子的石墨烯薄層嵌入到鏡片之中，發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更明亮，該技術的應用將使未來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目前正在資助一個新型隱形眼鏡項目，該隱形眼鏡能夠讓人眼具備2.8倍光學變焦能力。

可植入眼球的望遠鏡，其直徑僅僅和蘋果籽差不多

除了視覺能力的增強，聽覺也是人體增強的重要內容之一。人工耳蝸是一種電子裝置，由體外言語處理器將聲音轉換為一定編碼形式的電信號，通過植入體內的電極系統直接興奮聽神經來恢復或重建聾人的聽覺功能。目前，世界上已經有超過30萬人使用耳蝸植入方式，替換在聽覺方面存在故障的耳朵，以恢復聽力。2013年5月，普林斯頓大學工程師利用3D打印技術制造出世界第一個仿生耳，該裝置可以接收聲波與超聲波信號。

腦力增強——更智慧的決策

通過對人的腦力增強，可以提高士兵的學習效率與記憶力、減少疲勞和提高警覺性，甚至可以實現大腦對外部機器的意念控制，最終使人具有更好的認知與決策能力。使用電磁刺激、大腦植入和神經性藥物等可以提高士兵的學習效率，讓人更長時間地集中注意力，減少疲勞和提高警覺性;使用腦機接口技術，大腦可以直接控制機器，也被稱為“意念控制”，其涵蓋的層面很廣，包括智慧型義肢、機器人甚至車輛和武器等。

在記憶增強方面，使用神經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時間地集中注意力，提高學習能力。但神經性藥物也存在巨大的副作用，會出現頭暈目眩、嘔吐、視力衰退、神志不清等。2012年，德國科學家發現大腦內的神經傳遞物質多巴胺有提高記憶的能力，有助于研發提高記憶的藥物。

大腦植入芯片

在利用電磁信號刺激大腦方面，當前研究的重點在于通過電、化學或生物方法來刺激人的神經系統，加強人的精神和情感能力。神經刺激方法可能包括：用電子設備直接刺激神經組織的經顱直流電刺激、經顱磁刺激和腦深部電刺激。研究顯示，腦經顱電磁刺激可以提高士兵的學習效率、減少疲勞和提高警覺性，通過大腦刺激學習更多知識的受試者對知識的記憶可延伸數月。近期，美國陸軍研究實驗正在研究利用最新的神經刺激技術來檢測大腦狀態，以及改善理解能力、目標感知和決策能力。

利用大腦植入物提升人腦記憶能力、恢復因傷病引起的失憶已成為近期腦力增強的熱點。DARPA在該領域安排了多個項目。2013年，DARPA啟動了“恢復主動記憶”和“基于神經技術的新興治療系統”兩個項目。前者目的在于開發神經信號分析與解碼新方法，應用神經刺激促進腦損傷后記憶編碼的恢復，開發植入式神經設備幫助患者恢復記憶，以及了解如何對人類大腦的右半區進行刺激和鍛煉，以提高士兵的反應速度和瞬間記憶能力;后者目的在于開發能夠為患有創傷后應激障礙和其他神經疾病的患者提供幫助的大腦植入物。DARPA于2015年新啟動了一個稱為“恢復活動記憶與回放”的項目，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事件，更快地學會技能。

意念控制義肢取物

意念控制技術當前致力于輔助傷殘軍人重新獲得行動能力，未來則有可能實現對武器裝備的意識操控。在意念控制義肢方面，美國匹茲堡大學的研究項目在一位頸部以下癱瘓的女患者腦運動皮層植入傳感器，使其單憑意念即可操作機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正常人的肢體;2014年，DARPA在“革命性義肢”項目中，成功研發了名為“DEKA”的仿生機械手臂，該手臂具備近真實的控制能力，可用于幫助失去手臂的人員恢復生活能力;2015年，美國約翰·霍普金斯大學的研究團隊開發出新一代智能義肢，其擁有26個關節，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。

在意念控制機器方面，2012年，DARPA啟動了“阿凡達”項目，目標是研制可通過意念控制的機器人，有望在未來代替士兵征戰沙場。美陸軍研究實驗室正在研究一項技術，使得士兵僅通過意識就可以實現對軍用系統的直接控制。在該研究方向下，陸軍實驗室正在資助研究兩個項目：一是通過實時記錄大腦活動，研制一種可探測潛在表達和監控使用人員關注點、意圖的原型系統;二是尋求理解大腦信號的生理性生物標記，用于探測潛在表述和特征狀態。2014年，德國慕尼黑工業大學的研究人員首次成功展示了腦控飛行;2015年6月，俄羅斯“未來研究基金會”表示，以思維控制機械的腦機接口研發成功。

XOS 2外骨骼系統

體力增強——更強大的行動

外骨骼是一種人員可穿戴的機電一體化設備，主要用于增強穿戴者的力量、速度、耐力等，一般由感知系統、控制系統、動力系統、仿生機械系統和能源系統組成。未來，隨著技術的發展，外骨骼埋植技術將可以實現把外骨骼埋植在機體內，成為一種替代骨骼，大大增強人類先天的能力，修復喪失的機體功能。近年來，美國、俄羅斯等國軍隊陸續啟動了多個軍用外骨骼項目，以增強士兵的作戰能力，同時保障士兵的身體健康。

美國DARPA的“增強人體機能外骨骼”項目旨在研制可幫助地面士兵攜帶更多武器、更好護甲和更多補給的外骨骼系統。在該項目資助下，美國加州大學伯克利分校開發出了BLEEX下肢外骨骼系統，雷聲公司開發出XOS全身式外骨骼系統。BLEEX整體由1個用于負重的背包式外架、2條機械腿及相關的液壓驅動裝置組成，自重45千克，可負重35千克，使用者感覺只有2千克。

洛克希德·馬丁公司聯合加州大學伯克利分校在BLEEX基礎上，共同推出了被稱為“人體負重外骨骼”的仿人體結構特點設計的外穿型機械骨骼，系統由鈦合金制成的機械腿、驅動裝置及控制計算機，以及背部的負重部分、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作，又可減少士兵因提舉較重戰斗載荷而引發的肌肉骨骼損傷。“人體負重外骨骼”總重約32千克，最大負重超過100千克，可保證穿戴者以4.8千米/每小時的速度背負90千克重物連續行走1個小時。2010年初，雷神公司推出改進型XOS 2外骨骼系統，《時代》雜志將這一裝備評選為2010年“最具震懾力”的發明。XOS 2是由一系列結構、傳感器、執行機構和控制器組成的，主要利用高壓液壓驅動，堪稱真實版的“鋼鐵俠戰衣”。該外骨骼可使穿戴者將重約90千克的重物反復舉起幾百次，而且不會感到疲勞，同時還可重復擊穿厚度為3英寸的木板。

“勇士織衣”

法國的“大力神”可穿戴式外骨骼能夠輔助士兵，并增強其在戰場上的負重能力和持久作戰能力。“大力神”外骨骼主要由機械腿（結合了機械裝置、計算機和電子裝置）和背部支撐架組成，使穿戴者能夠輕松背負重物。“大力神”可攜帶100千克重物，使穿戴者以4千米/小時的速度行進大約20千米。2015年，德國斯圖加特一家工程研究機構研發出一種名叫Robo-Mate的可穿戴外骨骼系統，可為體力勞動者提供手臂、腿和背部的金屬機械支撐，令他們工作時托舉、負重能力提高到10倍。

可穿戴在士兵作戰服里面的輕質、柔性外骨骼，成為軍用外骨骼發展的新方向。“勇士織衣”是DARPA組織研制的一種重量輕、柔韌性好的內穿型作戰服，它更像是肌肉、關節的感應“增強器”，不僅具有傳統的防彈功能，還能增強人體機能，使士兵能背負重物長時間行軍。美軍對“勇士織衣”的作戰指標要求為：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工作24小時，士兵背負45千克重物、以1.25米/秒的速度在平地上行走時，可以減少25%的代謝消耗。“勇士織衣”的特點主要有4個方面：一是負重智能分布于士兵全身，以減小作用力;二是可減輕和預防士兵損傷，增強體能;三是可重復使用能量，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，美軍特種作戰司令部提出研制供士兵使用的“戰術突擊輕型作戰服”，這種作戰服采用外骨骼裝置減輕士兵負重的體力消耗，并集成了可瞬間固化的液體防護裝甲、溫度調節裝置、救護裝置和態勢感知裝置等。

責任編輯：葛 妍