穿戴式計(jì)算機(jī)：未來(lái)士兵的“電子心臟”

穿戴式計(jì)算機(jī)并沒(méi)有引起美國(guó)軍方足夠的重視。雖然幾家主要的穿戴式計(jì)算機(jī)廠商都時(shí)常從國(guó)防部獲得一些訂單，但與傳統(tǒng)武器動(dòng)輒上千萬(wàn)，甚至上億的合同額相比，價(jià)值數(shù)百萬(wàn)的訂單實(shí)在不值一提。更讓人沮喪的是，即使是國(guó)防部采購(gòu)，這些穿戴式設(shè)備仍主要應(yīng)用于設(shè)備故障檢測(cè)與維修領(lǐng)域。

穿戴式計(jì)算機(jī)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用真的就此作罷？陸軍的兩個(gè)在研項(xiàng)目——“陸地勇士”和“理想部隊(duì)勇士”給出了截然相反的答案，他們甚至把它稱之為士兵的“電子心臟”，這對(duì)于廠商來(lái)說(shuō)，不啻于一劑強(qiáng)心劑。

穿戴式計(jì)算機(jī)概述

根據(jù)字面理解，穿戴式計(jì)算機(jī)的功能應(yīng)該與個(gè)人電腦相仿。是的，在功能上，穿戴式計(jì)算機(jī)并沒(méi)有獨(dú)特的創(chuàng)新。正如我們所知道的，它的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)主要集中于“穿戴”上。

目前，穿戴式計(jì)算機(jī)最大的市場(chǎng)仍是民用市場(chǎng)。它的用戶包括公共設(shè)施線務(wù)員、電信技術(shù)員、飛機(jī)機(jī)械員和醫(yī)療人員。設(shè)備的故障診斷與維修是其主要應(yīng)用領(lǐng)域。

當(dāng)穿戴式計(jì)算機(jī)應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)時(shí)，軍方對(duì)其提出了更高的要求。

首先是可靠性

作為未來(lái)士兵的“電子心臟”，它為所有的作戰(zhàn)系統(tǒng)，如未來(lái)作戰(zhàn)系統(tǒng)理想部隊(duì)勇士，提供功能強(qiáng)大但性能穩(wěn)定的計(jì)算平臺(tái)。如果平臺(tái)出現(xiàn)故障，帶給士兵的將是致命的后果。

其次是便攜性

便攜性表現(xiàn)在兩個(gè)方面：重量輕、支持無(wú)線聯(lián)網(wǎng)。對(duì)于像ＯＦＷ這樣的項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，不可能接受笨重的計(jì)算設(shè)備，即使是不足１公斤的輕薄筆記本電腦，仍不能令人滿意。所以，如何控制計(jì)算機(jī)部件的重量對(duì)廠商來(lái)說(shuō)是必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。

無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)未來(lái)士兵同樣重要。商用領(lǐng)域成熟的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能提供高帶寬的、穩(wěn)定的連結(jié)能力，這使得士兵能方便地與總部或隊(duì)友通信，甚至可以與海陸空三軍的各類網(wǎng)絡(luò)相連，使士兵能更大限度地發(fā)揮未來(lái)“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的效力。

然后是應(yīng)用系統(tǒng)

沒(méi)有了應(yīng)用系統(tǒng)，稱計(jì)算機(jī)為一堆“爛鐵”也不為過(guò)。如何將現(xiàn)有的基于桌面電腦的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)移植到穿戴式計(jì)算機(jī)，對(duì)軟件廠商來(lái)說(shuō)，也許是尚待開(kāi)發(fā)的重要市場(chǎng)。

最后是易操作性

穿戴式計(jì)算機(jī)的操作比個(gè)人電腦還容易。它可以通過(guò)腕式鍵盤，也可以通過(guò)背帶上的可編程按鍵來(lái)操作，它甚至可以在武器上安裝操作鍵，以便士兵保持必要的開(kāi)火姿勢(shì)。

穿戴式計(jì)算機(jī)與士兵系統(tǒng)

無(wú)論是在研的士兵系統(tǒng)，還是設(shè)想中的士兵系統(tǒng)，數(shù)字化都將是永恒的主題。穿戴式計(jì)算機(jī)正是為這些系統(tǒng)中的數(shù)字化部件提供一個(gè)集成平臺(tái)，其重要性可想而知。下文以美國(guó)陸軍的“陸地勇士”和“理想部隊(duì)勇士”為例，介紹穿戴式計(jì)算機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)上的應(yīng)用。

１、陸地勇士

陸地勇士項(xiàng)目的穿戴式計(jì)算機(jī)，其操作系統(tǒng)與ＰＣ無(wú)異，基本上都是Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００，最新的則有Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ，甚至可以是Ｌｉｎｕｘ。

計(jì)算機(jī)的主機(jī)綁在士兵的背部低腰處。如果計(jì)算機(jī)因故丟失，士兵仍可以通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的通信導(dǎo)航（ＣｏｍｍＮａｖ）儀繼續(xù)使用系統(tǒng)的視頻和熱成像武器瞄準(zhǔn)器（ＴＷＳ）。該導(dǎo)航儀（其實(shí)是一個(gè)ＰＤＡ）使用英特爾 ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ處理器（該處理器專用于掌上電腦），并運(yùn)行Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ（專用于掌上電腦的Ｗｉｎｄｏｗｓ版本）。

定期更新的地圖和指令、視距范圍內(nèi)的視頻影像，都通過(guò)單目頭盔顯示器（ＨＭＤ）來(lái)查看。通過(guò)頭盔顯示器，士兵還可以查看計(jì)算機(jī)生成的圖像數(shù)據(jù)、數(shù)字地圖、情報(bào)信息、部隊(duì)位置或其它有用的影像。在必要情況下，他們還可以混合使用ＨＭＤ和ＧＰＳ，這將給予士兵空前的態(tài)勢(shì)意識(shí)。

頭盔顯示器的“觸摸控制”部件位于士兵的胸口皮帶上，因而可以很方便地操控顯示器。為了減少電腦操作對(duì)士兵作戰(zhàn)的影響，士兵還可以用兩個(gè)靠近扳機(jī)的按鈕來(lái)操控顯示器。

計(jì)算機(jī)還安裝了病毒防殺軟件，用以阻止惡意代碼、蠕蟲(chóng)病毒等。電源管理軟件則為計(jì)算機(jī)提供有效的電源管理，對(duì)所有便攜設(shè)備來(lái)說(shuō)，電源的持續(xù)供應(yīng)始終是難題。

其它的軟件系統(tǒng)提供地圖和戰(zhàn)場(chǎng)布局、導(dǎo)航信息、火力和障礙的規(guī)劃輔助與報(bào)告、后勤規(guī)劃輔助與跟蹤、人員清單與時(shí)間安排以及在線計(jì)算機(jī)參考材料等。

為了方便系統(tǒng)升級(jí)與應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)，陸地勇士的穿戴式計(jì)算機(jī)采用開(kāi)放式架構(gòu)。項(xiàng)目組將盡可能利用商用成品（ＣＯＴＳ）部件來(lái)構(gòu)建該架構(gòu)，否則，它又會(huì)成為一個(gè)“煙囪式系統(tǒng)”。

不過(guò)，并非所有的陸地勇士都擁有相同的裝備。

除了標(biāo)準(zhǔn)化裝備外，班長(zhǎng)將配戴手持顯示器，該顯示器的鍵盤可以戴在手腕上。這些設(shè)備能讓他們編輯文本消息，然后通過(guò)與ＳＩＮＣＧＡＲＳ兼容的無(wú)線電裝置，以脈沖方式發(fā)送到上級(jí)。

２、理想部隊(duì)勇士

ＯＦＷ項(xiàng)目是在陸地勇士項(xiàng)目基礎(chǔ)之上加以改進(jìn)，它也在開(kāi)發(fā)穿戴式計(jì)算機(jī)。在該項(xiàng)目中，計(jì)算機(jī)幾乎是士兵皮膚的一部分。它的目標(biāo)是讓士兵感覺(jué)不到它的存在。

對(duì)工程師來(lái)說(shuō)，ＯＦＷ面臨最大的挑戰(zhàn)之一是讓計(jì)算機(jī)擁有足夠的電力，但不產(chǎn)生額外的熱量。產(chǎn)生的熱量越多，士兵就越容易被敵方的傳感器偵測(cè)到。專家們正在研究利用戰(zhàn)服來(lái)散發(fā)熱量，并設(shè)計(jì)形態(tài)不規(guī)則的電力設(shè)備，使士兵不會(huì)引起敵方傳感器的注意。

作為便攜式計(jì)算機(jī)的一種，穿戴式計(jì)算機(jī)同樣無(wú)法回避電池壽命太短這個(gè)普遍存在的問(wèn)題。士兵系統(tǒng)的工程師正在尋找一些新的技術(shù)，如空氣電池（只需要空氣和水，但目前還不太穩(wěn)定）和燃料電池（前景不錯(cuò)，但燃料的穩(wěn)定性還不保證）等等。ＯＦＷ的牽頭系統(tǒng)工程師Ａｎｄｙ Ｔａｙｌｏｒ認(rèn)為，全美達(dá)（Ｔｒａｎｓｍｅｔａ）公司生產(chǎn)的Ｃｒｕｓｏｅ處理器很適合穿戴式計(jì)算機(jī)。這種處理器很?。ㄗ钚碌模裕停担梗埃埃笮∨c２５美分的硬幣相信），很輕，而且性能消耗很少。因?yàn)樗恍枰衿渌幚砥髂菢樱瑢?duì)一些無(wú)謂的應(yīng)用提供支持。最新的Ｃｒｕｓｏｅ處理器ＴＭ５９００的工作頻率為８００～１ＧＭＨｚ．

未來(lái)的穿戴式計(jì)算機(jī)將還擁有面部識(shí)別和語(yǔ)言翻譯能力。Ｔａｙｌｏｒ希望，穿戴式計(jì)算機(jī)最終能解釋某人所說(shuō)的話（如印度語(yǔ)或波斯語(yǔ)），然后將它用文本格式或計(jì)算機(jī)語(yǔ)音，以英語(yǔ)的方式輸入到系統(tǒng)中去。

包括陸軍通信和電子指揮中心在內(nèi)的幾乎所有的陸軍研究機(jī)構(gòu)，以及ＤＡＲＰＡ，都參與了這個(gè)項(xiàng)目。

穿戴式計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

１、將線纜織入衣服

士兵系統(tǒng)的專家正在利用一些特殊的方式，將電纜和光纖織入紡織品中，使穿戴式計(jì)算機(jī)無(wú)須因電纜、光纖而增加額外的重量，并占用額外的空間。這種特殊的織物使戰(zhàn)士在特定的情境下，只需極少的步驟，就可以執(zhí)行一些必要的操作。

內(nèi)蒂克士兵系統(tǒng)中心的單兵防護(hù)組、ＯＦＷ技術(shù)項(xiàng)目辦公室和位于Ｆｏｒｔ Ｍｏｎｍｏｕｔｈ的通信和電子指揮中心，以及其他幾個(gè)軍方的、大學(xué)的和產(chǎn)業(yè)界的組織正在合作進(jìn)行多項(xiàng)基于紡織物的項(xiàng)目，以便達(dá)到上述目的。

潛在的解決方案包括海軍研究生院研制的多頻天線背心，它使傳統(tǒng)的無(wú)線天線可以綁定在士兵的背上。這種天線的頻率范圍為３０～５００ＭＨｚ。當(dāng)使用無(wú)可視特征的超寬帶天線時(shí)，其工作頻率為３００～２０００ ＭＨｚ。

２、平面連接器

陸地勇士計(jì)算機(jī)目前配備的圓形連接器體積大、成本高，又因?yàn)槭褂冕樖讲孱^，所以特別容易損壞。Ｅｘｐｏｎｅｎｔ公司（ＯＦＷ項(xiàng)目第一階段的兩個(gè)牽頭技術(shù)集成商之一）和Ｔｈｏｒ電子公司正在研制平板的無(wú)針連接器，用以替代老式插頭，它能顯著減少陸地勇士項(xiàng)目中的連接器成本。

這種方形連接器的原型幾乎是平面的（便攜設(shè)備的輕巧性要求電子部件均具有低截面特性，也即部件平面化），它的插頭和插座可以方便地閉合，也可以快速斷開(kāi)。它既可以使用基于織物的總線，也可以使用傳統(tǒng)的線纜。

此外，位于費(fèi)城的美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力協(xié)會(huì)（由產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界共同組成）也將研究平面的連接器和線纜?？梢灶A(yù)見(jiàn)，商用成品（ＣＯＴＳ）將成為降低生產(chǎn)成本的利器。

３、混和光纖

士兵系統(tǒng)的官員聲稱，消除外部繁雜的線纜，并使傳感器和電子部件更加分散的關(guān)鍵是將線纜直接織入紡織品中。Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ實(shí)驗(yàn)公司和費(fèi)城紡織學(xué)院正在為將光纖和銅纜緊密地織入紡織品而努力。利用這些技術(shù)，在大規(guī)模生產(chǎn)階段，導(dǎo)線和光纖／電子系統(tǒng)將直接編入士兵的戰(zhàn)服。

不過(guò)，將普通線纜和光纖織入紡織品中，還存在一些問(wèn)題，因?yàn)榧徔椘返臉?gòu)造是物理而機(jī)械的，與光纖或線纜不同。此外，光纖過(guò)彎則易斷，金屬線纜過(guò)彎則易疲。

在費(fèi)城紡織學(xué)院，研究人員正在研究光纖的機(jī)械性能，根據(jù)這些性能，改進(jìn)紡織品，但其能與光纖和傳導(dǎo)線編織在一起。紡織專家相信，經(jīng)過(guò)改良，相當(dāng)多的光纖可以恣意彎曲。

將電子部件集成到戰(zhàn)服中還有一個(gè)難題是“無(wú)針縫合”技術(shù)。

４、光纖鍵盤

為了使士兵無(wú)需忍受沉重而龐大的裝備，如陸地勇士的士兵控制單元，英國(guó)的ＷＲＯＮＺ開(kāi)發(fā)了一種“軟開(kāi)關(guān)”織品鍵盤。這種鍵盤靈敏度高，可以在戰(zhàn)服（ＢＤＵ）的袖子上操作，還可以無(wú)縫地集成到外衣中。這種鍵盤與傳統(tǒng)的個(gè)人電腦鍵盤一樣，靠感知鍵上的壓力來(lái)工作，它可以運(yùn)用到戰(zhàn)場(chǎng)中。陸地勇士項(xiàng)目所用的士兵控制單元是一個(gè)位于胸口的盒子。如果將它的功能分解，然后集成到服裝中去能明顯減輕重量。

為了簡(jiǎn)化操作，戰(zhàn)服袖子上的鍵盤區(qū)域?qū)⑨槍?duì)特定軍用功能而設(shè)計(jì)一些接口。同時(shí)，還將設(shè)計(jì)基于紡織品的數(shù)據(jù)總線，以及在鍵盤和控制部件之間傳送信號(hào)所需的連接。

后記

未來(lái)的士兵對(duì)計(jì)算機(jī)的依賴程度會(huì)越來(lái)越高，穿戴式計(jì)算機(jī)無(wú)疑是最符合輕便要求的。雖然目前的穿戴設(shè)備不論是在性能上，還是在功能配件上仍大有改進(jìn)之處，但這并不妨礙它們?cè)趹?zhàn)場(chǎng)上的大規(guī)模應(yīng)用。

以目前的工藝水平，制造迷你型的計(jì)算機(jī)并不是件難事。難的是如何將計(jì)算機(jī)與整個(gè)單兵裝備系統(tǒng)集成，讓士兵感覺(jué)不到它的存在，但卻可以隨時(shí)利用它來(lái)增強(qiáng)態(tài)勢(shì)意識(shí)、作戰(zhàn)能力和生存能力。