智能化作戰(zhàn)新技術(shù)——可穿戴編程纖維

顏慧

纖維是人類(lèi)經(jīng)常使用的材料形式之一，人們的衣食住行都與它密切相關(guān)。早在新石器時(shí)代，我們的祖先就曾利用蠶絲等纖維材料制造紡織品。如今，在先進(jìn)的化工技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的幫助下，科學(xué)家已經(jīng)能夠讓柔性纖維擁有儲(chǔ)能、傳感、信息存儲(chǔ)和顯示等功能。近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)和聚合物材料技術(shù)的快速發(fā)展，科學(xué)家和工程師們也有了新的愿景：能否將電子元件“融入”柔性纖維，把計(jì)算機(jī)做成衣服穿在身上呢？

近年來(lái)，美軍為保持未來(lái)信息化、智能化作戰(zhàn)的主動(dòng)權(quán)，投入大量人力、物力進(jìn)行人工智能裝備研發(fā)?？纱┐骶幊汤w維就是一種人工智能裝備。這種纖維能夠感知信息、存儲(chǔ)和傳輸數(shù)據(jù)，可收集戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)信息，從而幫助指揮員做出更好的決策。

隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，可穿戴編程纖維的功能不斷增加，從儲(chǔ)能、發(fā)電到傳感、顯示，各種功能不一而足，但距離成為獨(dú)立、完整的可穿戴設(shè)備還有一步之遙，因?yàn)槠淙鄙僖豁?xiàng)核心功能—計(jì)算。一臺(tái)計(jì)算機(jī)中最核心的電子元件是中央處理器（CPU），可穿戴設(shè)備就像一臺(tái)能穿在身上的計(jì)算機(jī)，只有擁有CPU這個(gè)“大腦”，才能具備處理信息的能力，以統(tǒng)籌運(yùn)行各種元件。

2021年，復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志發(fā)表文章，展示了一種新研制的大面積“智能顯示布”。智能顯示布由兩種功能不同的纖維作為經(jīng)線和緯線交織而成，負(fù)載發(fā)光活性材料的高分子復(fù)合纖維是經(jīng)線，導(dǎo)電的透明高分子凝膠纖維是緯線。只需施加交流電壓，發(fā)光活性層就會(huì)被電場(chǎng)激發(fā)，成為發(fā)光的像素點(diǎn)，即使在纖維滑移、旋轉(zhuǎn)或彎曲的情況下仍能保持位置和亮度的穩(wěn)定。

隨后，美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)也公布了一項(xiàng)重大研究進(jìn)展，他們成功地將微型芯片嵌入單根纖維中，作為“大腦”組織其他部件運(yùn)行。在這項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)熱拉伸技術(shù)將4根直徑25微米、由鎢絲制成的芯片嵌入預(yù)制聚合物纖維，制成長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)十米、可彎折、抗拉伸的纖維。這一技術(shù)既能保持纖維內(nèi)的芯片穩(wěn)固連接，也能令其在穿過(guò)針眼、織入衣物時(shí)不被損壞。研究者表示：“這種新型纖維纖細(xì)而柔韌，可以穿過(guò)針眼縫在織物上，經(jīng)過(guò)10次洗滌也未分解?！?/p>

這種纖維還可以充當(dāng)數(shù)字存儲(chǔ)設(shè)備，嵌入纖維的每個(gè)芯片都具有唯一的數(shù)字地址，系統(tǒng)可通過(guò)簡(jiǎn)單的邏輯電路進(jìn)行數(shù)字尋址，并根據(jù)輸入的信號(hào)激活對(duì)應(yīng)芯片的功能。在實(shí)驗(yàn)中，研究者將767 KB的全彩色圖像文件和0.48 MB的音樂(lè)文件存入纖維內(nèi)的芯片中，在斷電的情況下，其保存數(shù)據(jù)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)兩個(gè)月。

由于嵌入纖維的芯片可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)，理論上它們可以完成簡(jiǎn)單邏輯電路所能執(zhí)行的任何任務(wù)。研究團(tuán)隊(duì)制造了一組嵌入了1650個(gè)芯片的纖維，并將其縫入襯衫的腋下。這些芯片連接形成了一個(gè)“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，可以通過(guò)分析溫度的時(shí)序信息，判定穿著者正在進(jìn)行的活動(dòng)類(lèi)型。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”對(duì)穿戴者活動(dòng)類(lèi)型的判斷準(zhǔn)確率達(dá)到了96.4%。這一研究進(jìn)展完成了可穿戴編程纖維應(yīng)用的“最后一千米”，意義重大，也為其應(yīng)用于軍事領(lǐng)域鋪平了道路。

最近，美軍公開(kāi)表示，已經(jīng)與麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，將進(jìn)一步開(kāi)發(fā)可穿戴編程纖維。未來(lái)，人工智能系統(tǒng)將通過(guò)可穿戴編程纖維收集數(shù)據(jù)，如監(jiān)測(cè)心率、呼吸頻率、肌肉數(shù)據(jù)和其他關(guān)鍵健康指標(biāo)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，便能得知佩戴者及其周?chē)h(huán)境的變化。例如，利用可穿戴編程纖維制造的智能織物可以顯示士兵是否接觸過(guò)化學(xué)毒素，如果一名士兵暴露于可導(dǎo)致麻痹的神經(jīng)毒劑，智能織物收集的肌肉數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)劇烈變化，并向指揮部發(fā)出警告。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)模式已經(jīng)發(fā)展為“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的讀秒戰(zhàn)爭(zhēng)，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)瞬息萬(wàn)變，各軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)是信息化作戰(zhàn)的主要形式，在陸、海、空、天、電構(gòu)成的五維空間戰(zhàn)場(chǎng)中，快敵一秒，便棋高一招。在這樣的大環(huán)境下，如何掌握更多的信息，如何更快速、高效地處理信息將會(huì)成為決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝負(fù)的關(guān)鍵一環(huán)。

芯片的軍事化應(yīng)用已不是陌生的話題，但可穿戴編程纖維的應(yīng)用還沒(méi)有實(shí)踐案例，相關(guān)項(xiàng)目均處于設(shè)計(jì)研發(fā)階段。最近，美軍稱，美國(guó)國(guó)防部在創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的項(xiàng)目上取得了重大進(jìn)展，說(shuō)明可穿戴編程項(xiàng)目很可能已經(jīng)進(jìn)入初步實(shí)踐環(huán)節(jié)。根據(jù)已有資料，可穿戴編程纖維旨在為作戰(zhàn)指揮官提供一種工具，用于在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)據(jù)時(shí)評(píng)估局勢(shì)的不確定性?？纱┐骶幊汤w維可以提升人工智能解決方案的使用效率，從而使戰(zhàn)地指揮官在決策過(guò)程中更加自信，將在戰(zhàn)術(shù)小組突擊、飛行員營(yíng)救、士兵日常健康監(jiān)測(cè)等方面起到重要作用。

另一方面，鑒于可穿戴編程纖維仍然需要依靠傳感器收集信息，通過(guò)通信手段傳輸數(shù)據(jù)，所以可能會(huì)在收集、傳輸過(guò)程中被操縱或干擾。如何確保數(shù)據(jù)安全和通信安全，是目前可穿戴編程纖維開(kāi)發(fā)者需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。開(kāi)發(fā)者必須尋找有效解決方案加以應(yīng)對(duì)，以防止對(duì)手在作戰(zhàn)中侵入系統(tǒng)內(nèi)部，導(dǎo)致指揮員決策失誤。

美國(guó)國(guó)防部表示，可穿戴編程纖維仍處于早期開(kāi)發(fā)階段，估計(jì)要到2030年才能開(kāi)展實(shí)際應(yīng)用。與此同時(shí)，更高層次的“可編程物質(zhì)”已被各軍事大國(guó)視為研究重點(diǎn)，并已從理論模擬邁向真正的物理實(shí)現(xiàn)?！翱删幊涛镔|(zhì)”一旦研制成功并應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，就能為士兵提供革命性的新功能。未來(lái)，戰(zhàn)場(chǎng)上的士兵只需攜帶一定量的“可編程物質(zhì)”，通過(guò)下達(dá)指令，便可將其變成武器或工具，如軍械、智能軍服、可進(jìn)入掩體內(nèi)部攻擊敵人的軟體機(jī)器人、地面裝甲車(chē)輛等。由此可見(jiàn)，可穿戴編程纖維只是“可編程物質(zhì)”研究領(lǐng)域的初步嘗試。未來(lái)，納米計(jì)算機(jī)和生物計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展或?qū)椤翱删幊涛镔|(zhì)”的研發(fā)提供基礎(chǔ)解決方案。