[科普中國]-重塑未來戰(zhàn)爭的前沿生物科技

作者：王君榮 石海明 （國防科技大學）

制作：光明網(wǎng)軍事科技前沿

出品：科普中國

　　現(xiàn)代生物科學及其技術(shù)的發(fā)展，已將認知的矛頭直指人類進化黑箱，引起廣泛關(guān)注；現(xiàn)代心理科學及其技術(shù)的進步，更將探索的觸角伸向人的意識、大腦和心靈，使人類的認識進入到一個廣袤的精神天地。

　　事實上，20世紀以來，生理領(lǐng)域信息的發(fā)展不能不令人刮目相看。從20世紀上半葉孟德爾遺傳學的再發(fā)現(xiàn)，50年代中葉DNA雙螺旋體結(jié)構(gòu)的解讀，到20世紀末克隆技術(shù)的問世，最后到人類基因組計劃的出臺，現(xiàn)代生物信息科技正以日新月異的強勁勢頭，迅速崛起在人類文明的前沿舞臺。

　　近年來，有關(guān)生物科技方面的研究逐漸成為各國關(guān)注的焦點。2014年4月1日，DARPA成立生物技術(shù)辦公室（BTO），主要進行生物學、工程學和計算機科學的交叉研究，旨在借助最新的生物學研究成果保障國家安全，維護美國國家利益。2015年3月26日，DARPA官網(wǎng)發(fā)布DARPA兩年一版的《保障國家安全的突破性技術(shù)》（Breakthrough Technologies for National Security）報告。報告中，DARPA重點關(guān)注四個領(lǐng)域：復雜軍事系統(tǒng)再思考（Rethink Complex Military Systems）；信息爆炸主宰（Master The Information Explosion）；生物技術(shù)利用（Harness Biology As Technology）；技術(shù)前沿擴展（Expand The Technological Frontier）。2016年2月，DARPA生物技術(shù)辦公室（BTO）發(fā)布了《生物控制》（Biological Control）報告，旨在為生物系統(tǒng)控制建立新的跨尺度能力——從納米級到厘米級，幾秒到幾周，生物分子到生物族群——運用生物材料的嵌入式控制器來運行系統(tǒng)行為。由此為美國生理信息戰(zhàn)的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。從近期DARPA在生物科技方面的創(chuàng)新計劃入手，可以將生理信息戰(zhàn)有關(guān)科技發(fā)展的前沿動態(tài)概括為：認知神經(jīng)科學、仿生材料與系統(tǒng)、生物合成與制造、生物傳感與生物計算等方面。

DARPA發(fā)布的《國家安全突破性技術(shù)》報告

　　認知神經(jīng)科學。大腦是高級動物體結(jié)構(gòu)和功能最為復雜的器官，也是人與一般動物的典型區(qū)別。大腦由1千億個神經(jīng)元細胞和其他類型的細胞相互連接，從而形成結(jié)構(gòu)復雜、功能強大的網(wǎng)絡體系。從19世紀的顱相學，到21世紀日臻成熟的神經(jīng)科學，再到如今的“腦科學時代”，人類從來沒有停下過探索大腦認知神經(jīng)的步伐。在軍事領(lǐng)域，認知神經(jīng)科學可以被概括為“保護腦，增強腦，干擾腦”三個方面。即利用生物技術(shù)、信息技術(shù)等最新研究進展來增強戰(zhàn)斗人員的認知能力，并能有效地防御敵方對我戰(zhàn)斗人員的認知干擾行為。DARPA在認知神經(jīng)科學領(lǐng)域的創(chuàng)新計劃主要有：學習加速計劃、認知技術(shù)威脅告警系統(tǒng)計劃、機動性和操作性最大化計劃等。這就為美軍智能作戰(zhàn)輔助的構(gòu)建及未來“制腦權(quán)”戰(zhàn)爭的實現(xiàn)提供了技術(shù)前提。

　　仿生材料與系統(tǒng)。大自然中的生物在“物競天擇、適者生存”的進化規(guī)律下，展現(xiàn)出非凡的創(chuàng)造力，并因此在一定程度上成為科學家們進行技術(shù)創(chuàng)新研制的“靈感來源”。在軍事領(lǐng)域，仿生主要指的是從生命體的智能現(xiàn)象中汲取靈感，揭示出自然現(xiàn)象中的規(guī)律，進而為軍事技術(shù)的創(chuàng)新研制提供基礎(chǔ)。DARPA在仿生材料與系統(tǒng)領(lǐng)域的創(chuàng)新計劃主要有：仿生光子學計劃、納米飛行器計劃、Z-戰(zhàn)警計劃等。以Z-man計劃為例，它根據(jù)仿生學原理，使士兵在不借助任何梯子、助繩之類爬行工具的條件下，就能夠攀爬上垂直的高墻，從而提高了作戰(zhàn)的機動性與裝備的防護能力。從DARPA的創(chuàng)新計劃來看，仿生材料與系統(tǒng)已逐步多樣化與智能化，并已展現(xiàn)出許多實質(zhì)性的進展。

在DARPA的資助下，仿生手臂的研制有很大進展

　　生物合成與制造。2015年，美國國防部在其2013-2017年科技發(fā)展的“五年計劃”中，提出未來重點關(guān)注的顛覆性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域（Six Disruptive Basic Research Areas）。其中，合成生物學（Synthetic Biology）被予以高度關(guān)注。在軍事領(lǐng)域，生物合成與制造主要體現(xiàn)在高價值材料和設(shè)備的“按需生產(chǎn)”，以及傷員的快速損傷修復上。DARPA在生物合成與制造領(lǐng)域的創(chuàng)新計劃主要有：活體內(nèi)納米裝置計劃、生命工廠計劃、革命性義肢計劃等。以生命工廠計劃中的ATCG計劃（Advanced Tools and Capabilities for Generalizable Platforms, 全稱為具有先進工具和性能的通用平臺計劃）為例，它是DARPA在2012年開展的旨在利用生物合成技術(shù)，開發(fā)基于生物學的制造平臺，生產(chǎn)、開發(fā)新型材料、功能和制造模式的生物科技計劃。較之傳統(tǒng)的開發(fā)模式，ATCG將在時間與成本上壓縮至少10倍，這將為美軍在生物科技領(lǐng)域帶來新一輪的變革。

基于人腦特征的全新計算架構(gòu)腦控機器示意圖

　　生物傳感與生物計算。生物傳感與生物計算是生物技術(shù)與信息技術(shù)相融合之下的一個新興產(chǎn)物。目前計算機普遍存在能耗高、數(shù)據(jù)密度低等問題，并成為信息技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的一個重大瓶頸。生物傳感與生物計算能夠有效地解決這個問題。生物計算機的誕生，將能夠使計算機的能耗比現(xiàn)有計算機的能量消耗降低至少2個量級，儲存數(shù)據(jù)能力將提高12個量級，并行度也將提高10個量級，在信息通信、信息存儲、信息保密方面都具有巨大的潛力。DARPA在生物傳感與生物計算領(lǐng)域的創(chuàng)新計劃主要有：七天生物防御計劃、抗體技術(shù)計劃、生物長期性計劃計劃等。復雜的軍事行動需要信息系統(tǒng)精確的信息感知、處理與傳播能力，生物傳感與生物計算的發(fā)展，使得信息在復雜環(huán)境下依然能夠有效地協(xié)調(diào)和控制，這在很大程度上提高了信息在軍事任務中的應用程度。