走向戰(zhàn)場的人工智能

文/劉肖琳

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走向戰(zhàn)場的人工智能

文/劉肖琳

2016年3月9日至15日，韓國棋手李世石與谷歌人工智能圍棋程序AlphaGo進(jìn)行了人機(jī)圍棋大戰(zhàn)，AlphaGo最終4∶1勝李世石，引發(fā)了媒體和公眾的廣泛關(guān)注。有人興奮，為人工智能中深度學(xué)習(xí)研究的勝利歡欣鼓舞；有人恐懼，擔(dān)心人工智能發(fā)展下去會超越人類，甚至主宰人類。那么，什么是人工智能？人工智能在軍事領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？人工智能會主宰未來戰(zhàn)場嗎？下面由筆者來嘗試作答。

什么是人工智能

人工智能（Artificial Intelligence）是研究人類智能活動的規(guī)律，研究如何制造出人造的智能機(jī)器或智能系統(tǒng)來模擬人類思維過程和智能行為的基本理論、方法和技術(shù)。

那么什么又是人類智能活動呢？一般來說，智能活動涉及感知、信息處理、學(xué)習(xí)、通訊（交流）和自適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的能力。還包括大腦的其他一些高級精神活動。

感知是指人們利用自己的眼、耳、鼻、觸覺等感官活動，從周圍環(huán)境獲取并且理解文字、圖像、聲音、語言、味道等各種外界“自然信息”能力，即認(rèn)識和理解所處世界環(huán)境的能力。

信息處理是指人腦通過生理和心理活動對眼睛看到的場景、耳朵聽到的聲音或鼻子聞到的味道加以分析綜合，并且形成判斷與選擇的能力。人類具有將感性知識抽象為理性知識，并且對事物運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行分析、判斷和推理，做出決策的能力。

人類具有學(xué)習(xí)能力。每個人隨時隨地、有意識無意識地通過學(xué)習(xí)適應(yīng)環(huán)境的變化。小孩子被仙人掌的刺扎痛了，他會記著下次避免直接用手去拿仙人掌。我們在成長過程中，通過學(xué)校教育、技能培訓(xùn)和日常學(xué)習(xí)，能夠豐富自身的知識和技能，這些都是學(xué)習(xí)能力。

我們具有相互交流信息的能力，而且知道眾人拾柴火焰高、三個臭皮匠頂個諸葛亮的道理，我們通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成艱巨復(fù)雜的任務(wù)。

人類也具有排除外界干擾、刺激，靈活適應(yīng)變化多端外界環(huán)境的能力。

當(dāng)然，人類還有一些諸如幻覺、直覺、信念、希望、恐懼、夢、慈祥、愛情等高級精神活動，在某些情況下，高級精神活動會影響我們對事物的分析、判斷和決策。

人工智能就是要模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能活動，讓計(jì)算機(jī)具有智能。一方面使智能機(jī)器或系統(tǒng)能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。另一方面理解使智能成為可能的原理。

如何去模擬人類智能？主要有兩大方向：一是功能模擬方法。通過傳感器和計(jì)算機(jī)處理程序構(gòu)造能夠從效果上模擬人類智能的智能系統(tǒng)，即以人思維或行動的結(jié)果作為衡量人工智能系統(tǒng)是否成功的標(biāo)準(zhǔn)。二是物理模擬方法。從大腦結(jié)構(gòu)、大腦和感覺器官的細(xì)胞組織和生理機(jī)能特征出發(fā)，研究大腦的神經(jīng)元模型，搞清大腦信息處理過程和機(jī)理。

按照從功能上模擬人類智能的標(biāo)準(zhǔn)來看，在圍棋這個體現(xiàn)智能的博弈中，目前AlphaGo顯然已經(jīng)超越了人類下棋能力。但是，博弈只是驗(yàn)證人工智能研究中搜索策略、機(jī)器學(xué)習(xí)等研究成果的其中一個很好的應(yīng)用背景，事實(shí)上人工智能的研究領(lǐng)域很寬廣。

國防科技大學(xué)研制的無人駕駛汽車“開路雄獅”就是另一個智能系統(tǒng)實(shí)例。它具備了一定的環(huán)境感知能力，能夠識別前進(jìn)道路上的障礙物，看得懂路標(biāo)，會分析可通行區(qū)域，自動規(guī)劃行駛路徑，自動控制車輛行駛。在不遠(yuǎn)的將來可以與人并肩作戰(zhàn)，具備偵察、巡邏、戰(zhàn)場跟隨，以及貨物運(yùn)輸?shù)榷喾N用途。

走向戰(zhàn)場的人工智能

軍事應(yīng)用是推動科技發(fā)展的動力之一，在美國，軍方是人工智能研究的主要資助者，其所提供的經(jīng)費(fèi)占國內(nèi)總投資的80%。目前，從戰(zhàn)場環(huán)境感知、軍用機(jī)器人、智能武器、軍事輔助決策到軍事訓(xùn)練，人工智能已經(jīng)滲透到軍事領(lǐng)域的方方面面。據(jù)報道，2003年伊拉克戰(zhàn)爭打響時，美軍沒有裝備任何機(jī)器人，但是到2008年末，美軍使用的機(jī)器人已達(dá)到1.2萬臺。用人工智能武裝的無人系統(tǒng)（機(jī)器人）已經(jīng)在戰(zhàn)場上承擔(dān)起各種類型的艱巨任務(wù)，在未來戰(zhàn)場上，必然會發(fā)揮越來越重要的作用。

應(yīng)用之一：戰(zhàn)場環(huán)境感知

中國有句古話，知己知彼，百戰(zhàn)不殆。任何時候，對戰(zhàn)場狀況的及時、準(zhǔn)確把握，都是取得勝利的前提。

隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人已經(jīng)具備“眼觀六路，耳聽八方”的基本物質(zhì)條件。從大的方面說，天基的衛(wèi)星、空中的無人機(jī)、地面機(jī)器人（無人車），以及海洋機(jī)器人為我們提供了上天入地全方位的戰(zhàn)場環(huán)境信息。從具體的裝備性能方面看，今天，我們幾乎已經(jīng)可以看到任何我們感興趣的事件。紅外相機(jī)使我們能夠透過茫茫黑夜，看到夜晚埋伏在我們四周的敵人；多光譜相機(jī)幫助我們分辨什么是模型做成的假陣地，什么是真實(shí)的陣地；國防科技大學(xué)研制的太赫茲雷達(dá)甚至可以穿透墻體看到墻后面的恐怖分子。作為人工智能里面最重要的分支——機(jī)器視覺，則幫助戰(zhàn)士或機(jī)器人處理、分析和理解圖像，找出感興趣的信息或目標(biāo)，精確地測量出敵方目標(biāo)的位置和姿態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)精確打擊。在海洋戰(zhàn)場，水下監(jiān)聽器向計(jì)算機(jī)傳遞聽到的信號，計(jì)算機(jī)中的信號識別理解系統(tǒng)則排除波濤等噪聲，提取出潛艇、軍艦發(fā)動機(jī)的聲音，分析出他們的位置和運(yùn)動軌跡。

據(jù)Lockheed Martin公司官網(wǎng)報道，在F-35戰(zhàn)機(jī)的航電系統(tǒng)中，Northrop Grumman公司研制了由6個紅外相機(jī)構(gòu)成的分布孔徑熱成像系統(tǒng)DAS，該系統(tǒng)的配套軟件能將6個紅外相機(jī)的圖像拼接成360°全景圖，顯示在一個顯示器上，以幫助飛行員快速獲取戰(zhàn)機(jī)前后左右環(huán)境信息，相當(dāng)于飛行員腦袋后面也長了眼睛；并能實(shí)現(xiàn)夜間飛機(jī)近距編隊(duì)飛行，還可在夜間和煙塵覆蓋情況下為飛行員在頭盔顯示器上顯示飛機(jī)下方目標(biāo)圖像，這意味著飛行員可以在任何時間、任何氣候條件下向敵人開火。DAS還能與Lockheed Martin公司的光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)EOTS一起提供遠(yuǎn)距離檢測、導(dǎo)彈來襲告警和精確瞄準(zhǔn)。

此外，加裝了可變焦鏡頭的攝像頭還能使我們看得更遠(yuǎn)，大大提高瞄準(zhǔn)精度。福斯特-米勒公司的“利劍”機(jī)器人上就裝備有這樣的遠(yuǎn)程遙控快速瞄準(zhǔn)平臺。士兵射擊會受呼吸、心跳或情緒波動的影響，但是，機(jī)器人射手非常準(zhǔn)確，它幾乎消除了所有可能影響射擊精度的人為誤差。在早期測試中，“利劍”機(jī)器人70次槍彈試射全中靶心；62發(fā)火箭彈和16發(fā)反坦克火箭彈測試也全部命中目標(biāo)。2013年駐阿富汗美軍裝備了這款武裝機(jī)器人。

據(jù)《參考消息》報道，2009年8月，阿富汗的英軍狙擊小組采用在iPhone手機(jī)上運(yùn)行的“子彈飛行”軟件計(jì)算狙擊彈道，精確狙擊1853米外的塔利班高官。

應(yīng)用之二：機(jī)器人

機(jī)器人是人工智能技術(shù)最好的驗(yàn)證對象。機(jī)器人利用傳感器采集環(huán)境信息，其后端的感知和認(rèn)知系統(tǒng)則賦予機(jī)器人認(rèn)知能力，幫助其理解環(huán)境中各個物體的含義，然后控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成特定任務(wù)。

由于軍用機(jī)器人不知疲倦、不會恐懼、不怕生化武器、不怕犧牲，能夠完成那些對人來說無法完成的最危險、最艱苦的戰(zhàn)斗任務(wù)。因此，受到各國軍方的重視。

美國國防先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）是無人系統(tǒng)的主要資助者，他們通過設(shè)立研究課題，發(fā)起由私營公司和大學(xué)參與的機(jī)器人競賽活動，推動機(jī)器人技術(shù)發(fā)展，在快速發(fā)展和部署無人系統(tǒng)方面取得了很大成功?！氨嘲薄澳ёΑ薄袄麆Α睓C(jī)器人都是當(dāng)今地面戰(zhàn)場無人系統(tǒng)的典型代表。這些機(jī)器人裝備了先進(jìn)的傳感器，但是智能水平不高，主要通過士兵遙控機(jī)器人完成偵察、爆炸裝置的搜尋和排除等任務(wù)。但是，這些機(jī)器人在阿富汗和伊拉克戰(zhàn)場的成功應(yīng)用堅(jiān)定了美國軍方對無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的重視，進(jìn)一步推動了人工智能的發(fā)展，大大提高了機(jī)器人的自主能力（機(jī)器人自主能力越強(qiáng)，人類操控員需要提供的協(xié)助就越少——作者注）。

DARPA早在20世紀(jì)70年代就提出了自主地面車輛（ALV）計(jì)劃，取得了一系列重要的研究成果。今天無人車可以在城市環(huán)境和一定復(fù)雜度的越野環(huán)境下自主行駛，說明地面移動機(jī)器人在環(huán)境感知（如識別地形、地物）、智能控制與決策（如規(guī)劃、選擇前進(jìn)道路）方面已經(jīng)具備一定的智能水平。2011年國防科技大學(xué)和中國第一汽車集團(tuán)公司研制的紅旗HQ3自主駕駛系統(tǒng)首次完成了從長沙到武漢286公里的高速無人駕駛試驗(yàn)，創(chuàng)造了我國自主研制的無人車在結(jié)構(gòu)化交通環(huán)境下的自主駕駛新紀(jì)錄。

DARPA資助的波士頓動力公司第三代阿特拉斯能直立行走，對各種地形具有較好的平衡能力，可以抗擊外力沖擊，說明其已經(jīng)具備人類的小腦功能。阿特拉斯配備激光雷達(dá)、一對相機(jī)和力傳感器，會開門（進(jìn)入推的門，進(jìn)入拉的門，進(jìn)入帶彈簧的拉的門），能在戶外原野行走，說明他已經(jīng)具備一定的智能水平。不久的將來，它將能承擔(dān)偵察、搬運(yùn)物品等工作。波士頓動力的“大狗”已經(jīng)開始參與相關(guān)軍事演練，這款機(jī)器人能夠攜帶181千克左右重物，時速達(dá)7000米，未來能在戰(zhàn)場上，幫助行進(jìn)中的士兵運(yùn)輸彈藥、槍支、輔助器械等。

在空中戰(zhàn)場，DARPA資助的“全球鷹”無人機(jī)大部分時間都是自主飛行，而不是人工遙控；自主著陸在航空母艦上是非常困難的工作，對人類飛行員也是如此，但是，完全無須人工干預(yù)的無人機(jī)X-47B在2013年7月10日成功地完成了在喬治·布什航空母艦上自動起降測試。

在海上戰(zhàn)場，艦艇上的“阿圖”機(jī)器人能自動跟蹤并擊落穿過其防線的導(dǎo)彈；無人艦艇能執(zhí)行港口、水域巡邏任務(wù)；已經(jīng)列裝的具有小型動力裝置的智能水雷，可以改變位置形成活動雷場。無人潛艇可以執(zhí)行水下維修、排雷和跟蹤敵方潛艇的任務(wù)；可以主動搜尋敵方潛艇，又不暴露我方潛艇的位置。

毋庸置疑，以人工智能為基礎(chǔ)的軍用機(jī)器人和無人系統(tǒng)的發(fā)展將對未來戰(zhàn)爭和戰(zhàn)場產(chǎn)生巨大影響，帶來革命性的變化。

應(yīng)用之三：智能武器

智能武器是指具有自動識別、跟蹤、打擊目標(biāo)能力的武器。景象匹配制導(dǎo)武器是這類武器的典型代表，它將導(dǎo)彈飛行過程中相機(jī)拍攝的圖像不斷與發(fā)射前預(yù)裝的打擊目標(biāo)的圖像進(jìn)行實(shí)時比對（配準(zhǔn)），確定導(dǎo)彈相對于目標(biāo)的位置，自動控制導(dǎo)彈飛向目標(biāo)。由于預(yù)裝訂的圖像可能是很早以前的圖像，圖像的拍攝季節(jié)、拍攝角度、天氣、光線等都可能與戰(zhàn)爭時不一樣，導(dǎo)彈上的景象匹配程序要能認(rèn)出看到的景象就是要打擊的目標(biāo)，說明它具有類似于人的圖像識別智能。

應(yīng)用之四：輔助決策

傳感器技術(shù)的進(jìn)步帶來海量數(shù)據(jù)，信息處理量劇增，衛(wèi)星圖像、無人機(jī)的航拍圖像、雷達(dá)數(shù)據(jù)、地面或水下機(jī)器人得到偵察圖像，人工解譯、分析效率太低，但是，計(jì)算機(jī)具有算得快的優(yōu)點(diǎn)，用機(jī)器學(xué)習(xí)方法教會計(jì)算機(jī)對一定范圍內(nèi)的圖像進(jìn)行識別、分類，并且自動提供輔助決策意見的系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)。不同傳感器數(shù)據(jù)的信息融合技術(shù)幫助我們綜合不同視角的數(shù)據(jù)得到更為真實(shí)、準(zhǔn)確的戰(zhàn)場態(tài)勢。在無人系統(tǒng)中，出發(fā)前的任務(wù)規(guī)劃、全局路徑規(guī)劃，執(zhí)行任務(wù)過程中的局部路徑規(guī)劃都已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)水平，在某些方面已經(jīng)超過人類。

誰是未來戰(zhàn)場的主宰

技術(shù)從來不是打贏戰(zhàn)爭的靈丹妙藥?？照?wù)l是未來戰(zhàn)場的主宰是沒有意義的。認(rèn)真研究如何打贏才是正道。從上述討論我們可以看到，人類研究、開發(fā)技術(shù)的目的是為了讓技術(shù)更好地為我們服務(wù)，延伸和拓展人的能力，就像望遠(yuǎn)鏡讓我們看得更遠(yuǎn)，顯微鏡讓我們看到一般手段下看不見的細(xì)菌和小微生物一樣。今天，各種傳感器，以及它們身后配套的傳感器數(shù)據(jù)處理技術(shù)，輔助決策信息系統(tǒng)，在信息處理的某些方面，已經(jīng)超過了人的智能。但是，尺有所短，寸有所長，每一種技術(shù)和設(shè)備都有它的優(yōu)勢和弱點(diǎn)，如何用好智能裝備仍值得好好思考。

我們要贏，作為科研人員要認(rèn)真思考戰(zhàn)場環(huán)境與平時民用環(huán)境的不同之處，努力研究出適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境的更好的裝備。目前，很多信息技術(shù)僅適應(yīng)于民用靜態(tài)、非對抗場景，而軍事對抗態(tài)勢變化通常非?？臁Ｃ裼萌斯ぶ悄芟到y(tǒng)中，為了規(guī)避組合爆炸問題，我們只關(guān)心針對特定問題的變化量，相對比較簡單；在戰(zhàn)場環(huán)境下，變量要多得多，狀態(tài)劇烈變化很可能使一般人工智能系統(tǒng)中采用的決策策略的前提條件不再成立，自然也就談不上得到正確的決策結(jié)果。今天，谷歌汽車已經(jīng)能識別前進(jìn)道路上的其他車輛和行人，做到無人駕駛行駛，但是，這并不意味著其所采用的技術(shù)全部能在戰(zhàn)場環(huán)境下使用。和平時期，GPS、路邊的建筑物和其他的地標(biāo)地物都能為無人車的行駛提供重要的參照信息，在戰(zhàn)時，GPS可能被摧毀，地標(biāo)地物可能被夷為平地。再比如，拿AlphaGo人機(jī)大戰(zhàn)來說，下棋程序的棋局狀態(tài)是確定的、有限的，面臨的挑戰(zhàn)是各種棋局狀態(tài)組合起來數(shù)量巨大，存在組合爆炸問題，計(jì)算機(jī)主要需要解決如何在有限的計(jì)算資源下，搜索出一步相對較好的走步。而軍事對抗是遠(yuǎn)比人機(jī)對弈復(fù)雜的一類博弈，它是信息不完全博弈問題。當(dāng)然，如何讓深度學(xué)習(xí)在軍事對抗中發(fā)揮更大的作用仍然有很大研究空間。

作為裝備使用者，則必須研究如何最大限度發(fā)揮智能武器的長處，特別是，如何實(shí)現(xiàn)人機(jī)融合，發(fā)揮人和機(jī)器各自的優(yōu)勢；作為裝備對抗者，則必須最大限度地利用智能武器的短處，干擾敵方智能武器，讓他們不能發(fā)揮作用。比如，激光制導(dǎo)炸彈在塵土、煙霧環(huán)境下會失效；圖像識別系統(tǒng)無法區(qū)分偽裝成平民的軍人；更典型的一個實(shí)例是美軍的無人機(jī)被誘騙到伊朗降落。在未來戰(zhàn)爭中，誰對智能裝備了解得最透徹，誰就能掌握戰(zhàn)爭的主動權(quán)。

事實(shí)上，人工智能還有很長的路要走?！翱础焙汀奥牎睂θ祟愐兹绶凑?，但是，對計(jì)算機(jī)來說要看懂看到的場景或聽懂所聽到信號卻非常困難。在過去50年里，機(jī)器視覺主要還是在做感知問題，遠(yuǎn)沒有達(dá)到認(rèn)知層面。從另一方面來看，人腦的計(jì)算和記憶能力遠(yuǎn)不如計(jì)算機(jī)，因此如何人機(jī)協(xié)作，發(fā)揮各自的長處值得深入研究。★

責(zé)任編輯：曹舒雅