[科普中國(guó)]-重塑未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的前沿生物科技

作者：王君榮 石海明 （國(guó)防科技大學(xué)）

制作：光明網(wǎng)軍事科技前沿

出品：科普中國(guó)

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

　　事實(shí)上，20世紀(jì)以來(lái)，生理領(lǐng)域信息的發(fā)展不能不令人刮目相看。從20世紀(jì)上半葉孟德?tīng)栠z傳學(xué)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(jì)末克隆技術(shù)的問(wèn)世，最后到人類基因組計(jì)劃的出臺(tái)，現(xiàn)代生物信息科技正以日新月異的強(qiáng)勁勢(shì)頭，迅速崛起在人類文明的前沿舞臺(tái)。

　　近年來(lái)，有關(guān)生物科技方面的研究逐漸成為各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)。2014年4月1日，DARPA成立生物技術(shù)辦公室（BTO），主要進(jìn)行生物學(xué)、工程學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的交叉研究，旨在借助最新的生物學(xué)研究成果保障國(guó)家安全，維護(hù)美國(guó)國(guó)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(guó)家安全的突破性技術(shù)》（Breakthrough Technologies for National Security）報(bào)告。報(bào)告中，DARPA重點(diǎn)關(guān)注四個(gè)領(lǐng)域：復(fù)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?cái)U(kuò)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(bào)告，旨在為生物系統(tǒng)控制建立新的跨尺度能力——從納米級(jí)到厘米級(jí)，幾秒到幾周，生物分子到生物族群——運(yùn)用生物材料的嵌入式控制器來(lái)運(yùn)行系統(tǒng)行為。由此為美國(guó)生理信息戰(zhàn)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從近期DARPA在生物科技方面的創(chuàng)新計(jì)劃入手，可以將生理信息戰(zhàn)有關(guān)科技發(fā)展的前沿動(dòng)態(tài)概括為：認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、仿生材料與系統(tǒng)、生物合成與制造、生物傳感與生物計(jì)算等方面。

DARPA發(fā)布的《國(guó)家安全突破性技術(shù)》報(bào)告

　　認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)。大腦是高級(jí)動(dòng)物體結(jié)構(gòu)和功能最為復(fù)雜的器官，也是人與一般動(dòng)物的典型區(qū)別。大腦由1千億個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞和其他類型的細(xì)胞相互連接，從而形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)體系。從19世紀(jì)的顱相學(xué)，到21世紀(jì)日臻成熟的神經(jīng)科學(xué)，再到如今的“腦科學(xué)時(shí)代”，人類從來(lái)沒(méi)有停下過(guò)探索大腦認(rèn)知神經(jīng)的步伐。在軍事領(lǐng)域，認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)可以被概括為“保護(hù)腦，增強(qiáng)腦，干擾腦”三個(gè)方面。即利用生物技術(shù)、信息技術(shù)等最新研究進(jìn)展來(lái)增強(qiáng)戰(zhàn)斗人員的認(rèn)知能力，并能有效地防御敵方對(duì)我戰(zhàn)斗人員的認(rèn)知干擾行為。DARPA在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新計(jì)劃主要有：學(xué)習(xí)加速計(jì)劃、認(rèn)知技術(shù)威脅告警系統(tǒng)計(jì)劃、機(jī)動(dòng)性和操作性最大化計(jì)劃等。這就為美軍智能作戰(zhàn)輔助的構(gòu)建及未來(lái)“制腦權(quán)”戰(zhàn)爭(zhēng)的實(shí)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(jìng)天擇、適者生存”的進(jìn)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(xué)家們進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新研制的“靈感來(lái)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(jìn)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(jì)劃主要有：仿生光子學(xué)計(jì)劃、納米飛行器計(jì)劃、Z-戰(zhàn)警計(jì)劃等。以Z-man計(jì)劃為例，它根據(jù)仿生學(xué)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(jī)動(dòng)性與裝備的防護(hù)能力。從DARPA的創(chuàng)新計(jì)劃來(lái)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(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

在DARPA的資助下，仿生手臂的研制有很大進(jìn)展

　　生物合成與制造。2015年，美國(guó)國(guó)防部在其2013-2017年科技發(fā)展的“五年計(jì)劃”中，提出未來(lái)重點(diǎn)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(xué)（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(jià)值材料和設(shè)備的“按需生產(chǎn)”，以及傷員的快速損傷修復(fù)上。DARPA在生物合成與制造領(lǐng)域的創(chuàng)新計(jì)劃主要有：活體內(nèi)納米裝置計(jì)劃、生命工廠計(jì)劃、革命性義肢計(jì)劃等。以生命工廠計(jì)劃中的ATCG計(jì)劃（Advanced Tools and Capabilities for Generalizable Platforms, 全稱為具有先進(jìn)工具和性能的通用平臺(tái)計(jì)劃）為例，它是DARPA在2012年開(kāi)展的旨在利用生物合成技術(shù)，開(kāi)發(fā)基于生物學(xué)的制造平臺(tái)，生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)新型材料、功能和制造模式的生物科技計(jì)劃。較之傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式，ATCG將在時(shí)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(lái)新一輪的變革。

基于人腦特征的全新計(jì)算架構(gòu)腦控機(jī)器示意圖

　　生物傳感與生物計(jì)算。生物傳感與生物計(jì)算是生物技術(shù)與信息技術(shù)相融合之下的一個(gè)新興產(chǎn)物。目前計(jì)算機(jī)普遍存在能耗高、數(shù)據(jù)密度低等問(wèn)題，并成為信息技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)重大瓶頸。生物傳感與生物計(jì)算能夠有效地解決這個(gè)問(wèn)題。生物計(jì)算機(jī)的誕生，將能夠使計(jì)算機(jī)的能耗比現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的能量消耗降低至少2個(gè)量級(jí)，儲(chǔ)存數(shù)據(jù)能力將提高12個(gè)量級(jí)，并行度也將提高10個(gè)量級(jí)，在信息通信、信息存儲(chǔ)、信息保密方面都具有巨大的潛力。DARPA在生物傳感與生物計(jì)算領(lǐng)域的創(chuàng)新計(jì)劃主要有：七天生物防御計(jì)劃、抗體技術(shù)計(jì)劃、生物長(zhǎng)期性計(jì)劃計(jì)劃等。復(fù)雜的軍事行動(dòng)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(jì)算的發(fā)展，使得信息在復(fù)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(wù)中的應(yīng)用程度。