步入戰(zhàn)場的可穿戴“黑科技”

馬巖

士兵們穿著笨重的鎧甲沖鋒陷陣的時(shí)代早已過去，如今的單兵防護(hù)裝具已達(dá)到前所未有的耐磨度、柔韌性和輕量化，可穿戴技術(shù)的發(fā)展更令其不再僅是一件簡單的防護(hù)衣。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，士兵需要攜帶越來越多的設(shè)備步入戰(zhàn)場，比如無線電或衛(wèi)星通信終端、導(dǎo)航儀和電子計(jì)算機(jī)?？蒲腥藛T們不斷致力于提高這些設(shè)備的便攜性，可穿戴技術(shù)是尤為關(guān)鍵的一環(huán)。當(dāng)常用設(shè)備的小型化程度能夠滿足隨身穿戴的要求時(shí)，士兵的雙手就可以解放出來去做更緊迫的事情。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)借士兵一雙慧眼

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，也就是近年來在消費(fèi)級市場日趨活躍的AR技術(shù)，能夠在展現(xiàn)真實(shí)環(huán)境的同時(shí)疊加顯示虛擬信息，極大地拓展了人類的感知范疇。在我們身邊，AR技術(shù)最初從手機(jī)游戲領(lǐng)域爆發(fā)，目前正逐漸走向主流，AR電商、AR運(yùn)動、AR參觀等都已經(jīng)成為了現(xiàn)實(shí)。

在軍事領(lǐng)域，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)也具有光明的前景。比如美國國防部高級研究規(guī)劃局的“超可視”（ULTRA-VIS）項(xiàng)目，就是為地面部隊(duì)開發(fā)的一款類似于“谷歌眼鏡”的輕量化、低功耗顯示系統(tǒng)。采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的“超可視”系統(tǒng)可以為使用者提供目前所處的位置信息、幫助使用者辨明敵我和識別目標(biāo)。所有數(shù)據(jù)被投射到全息顯示器上，內(nèi)嵌多個(gè)傳感器用來追蹤使用者頭部的運(yùn)動，即使扭過頭去，信息仍會顯示在與目標(biāo)物體重合的位置上。

沒錯(cuò)，剛才提到了“全息顯示”，但它并不能像科幻電影中那樣在士兵面前映射出一個(gè)活靈活現(xiàn)的三維影像，而是利用安裝在頭盔側(cè)方的一個(gè)不足150克重的微型投影模塊，向鍍有特殊涂層的眼鏡上投射854×480大小的2D圖像，大部分是圖形和文字，比如指示方向的箭頭、友軍的描述信息等。投影高度的設(shè)計(jì)與使用者的自然視線相一致，讓士兵不需要像使用谷歌眼鏡那樣使勁向上轉(zhuǎn)動眼球，也不需要像美國陸軍的“奈特勇士”計(jì)劃那樣低下頭才能查看智能終端顯示器，更不會像早期“陸地勇士”項(xiàng)目中的單片眼鏡顯示器那樣犧牲寶貴的視野。

在巷戰(zhàn)中，當(dāng)分隊(duì)指揮員對下屬說“當(dāng)我靠近那扇門時(shí)掩護(hù)我”時(shí)，那扇門就會在其他人的“超可視”眼鏡中高亮顯示，或者指揮員確定了某棟樓是恐怖分子的藏匿點(diǎn)之后，第二天，在這里巡邏的另一支小隊(duì)會在自己的眼鏡中看到這棟樓已被特別標(biāo)注出來。同時(shí)，在投影模塊的背面有一個(gè)旋鈕，使用者可以根據(jù)任務(wù)需要來選擇顯示信息的類型和詳實(shí)程度，信息的顯示絕非多多益善，比如一次只需與5千米內(nèi)的友軍協(xié)同的小規(guī)模戰(zhàn)斗，就完全沒有必要顯示100千米內(nèi)的友軍信息，否則士兵就會被眼鏡中密密麻麻的光圈和標(biāo)識弄得眼花繚亂。

“超可視”還具備通信功能，士兵們可以借助其與基地、友軍和空中支援力量建立聯(lián)系。同時(shí)，士兵們可以在“超可視”上查看衛(wèi)星或無人機(jī)傳來的最新偵察影像——盡管目前受投影模塊的清晰度限制，觀看體驗(yàn)還比較差。

目前，“超可視”系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的標(biāo)注顯示功能包括：隊(duì)友的位置和行進(jìn)方向、敵我識別、目標(biāo)物的高程、距離和移動速度等。未來，士兵還可以借助圖像識別技術(shù)和自動化網(wǎng)絡(luò)來獲取更多的信息，例如排除爆炸物、戰(zhàn)傷救護(hù)、操作陌生兵器、識別有毒植物等等，應(yīng)用前景非常廣闊。

智能化戰(zhàn)衣粉墨登場

如今，戰(zhàn)場上的士兵們越來越離不開各類電子設(shè)備的支持。在各國軍隊(duì)形形色色的“未來戰(zhàn)士”計(jì)劃中，都無法繞開同一個(gè)問題——如何在不增加士兵負(fù)載的前提下，將功能各異的電子設(shè)備聯(lián)接成一個(gè)有機(jī)整體。想想時(shí)不時(shí)纏繞在一起的耳機(jī)線或充電線是如何讓你抓狂的吧，讓士兵們身上纏滿了電纜可不是個(gè)好主意，因?yàn)槟菢訒?yán)重影響佩戴者的戰(zhàn)術(shù)動作，而且容易被其它突出物鉤掛，鬧不好會讓士兵搭上性命。而藍(lán)牙等無線技術(shù)也不適用于戰(zhàn)場復(fù)雜的電磁環(huán)境。更重要的是，無線電信號存在被敵偵測的隱患，易使士兵的行動喪失隱蔽性。

BAE系統(tǒng)公司和ITL公司合作研發(fā)的“刀背”裝具嘗試解決這一問題?！暗侗场辈捎昧擞蓪?dǎo)電纖維編織而成的“電子織物”，使得衣物本身成為了一塊電路板，讓士兵可以和成卷的電源線和數(shù)據(jù)線說再見?！暗侗场卑ㄒ粋€(gè)背負(fù)式的電池組，通過纖維線纜與8個(gè)USB口相連，能夠輸出180瓦的功率，穿上它，士兵們能非常方便地將無線電、夜視儀、GPS等設(shè)備聯(lián)接到他們的戰(zhàn)術(shù)背心、腰帶或夾克上，并通過USB2.0接口進(jìn)行集中供電和數(shù)據(jù)傳輸。

由于電子織物省去了大量線纜，集中供電減少了電池的種類和數(shù)量，“刀背”的重量較傳統(tǒng)裝具減輕了40%，這使得士兵們不僅能夠攜帶更多其它物品，也讓他們不用再擔(dān)心為找到某個(gè)設(shè)備的專用電池而在口袋或背囊中翻個(gè)遍了。同時(shí)，士兵可以通過一個(gè)智能軟件來查看電池電量和接口的使用情況，并結(jié)合戰(zhàn)術(shù)背景和電池消耗來選擇開啟或關(guān)閉某些設(shè)備。

除此之外，GPS作為現(xiàn)代戰(zhàn)場不可或缺的一個(gè)要素，它不僅僅可以為士兵提供導(dǎo)航定位，還可以與態(tài)勢感知相融合，讓指揮員和士兵們能夠知曉戰(zhàn)區(qū)內(nèi)每支部隊(duì)、每臺車輛和空中平臺的實(shí)時(shí)位置。所以，樹大招風(fēng)的GPS也是敵方實(shí)施電子干擾的主要對象之一。特別是對于城市戰(zhàn)中的士兵而言，獲取穩(wěn)定可靠的GPS信號還會遇到更多困難。由于GPS接收機(jī)需要同時(shí)接收到3～4顆衛(wèi)星的信號才能解算定位，所以要求使用者盡量處于相對開闊的地方，而在城市作戰(zhàn)中，GPS信號會受到建筑的遮擋，尤其是當(dāng)士兵需要進(jìn)入室內(nèi)作戰(zhàn)時(shí)，GPS信號就會丟失。

英國國防科技實(shí)驗(yàn)室牽頭的4家機(jī)構(gòu)展示了他們共同研發(fā)的“步兵近戰(zhàn)傳感器”（DCCS）技術(shù)，致力于解決這一難題。當(dāng)GPS信號不可用時(shí)，DCCS會參考最后一次獲得的有效GPS定位數(shù)據(jù)，結(jié)合頭盔攝像頭獲取的圖像信息和慣性導(dǎo)航傳感器來精確計(jì)算出使用者的位置，這使得為建筑內(nèi)或隧道內(nèi)的兵力定位成為可能。

DCCS的應(yīng)用也不僅僅是簡單的定位。在單兵武器上安置的一系列攝像頭、激光和方位傳感器可以讓使用者按下按鈕就能夠?yàn)橛燕彶筷?duì)、無人機(jī)和支援戰(zhàn)機(jī)標(biāo)識目標(biāo)，這比起傳統(tǒng)的語音呼叫更為便捷和精確。其它應(yīng)用包括識別傷病員、平民的方位和潛在的直升機(jī)著陸場等等。

此外，聲學(xué)定位和攝像技術(shù)使其具備火力點(diǎn)探測能力，只要敵軍武器一開火，無論士兵自己是否看到或者聽到，DCCS都可自動判明敵火的來襲方位。隨后這一信息將被傳送至使用者及其指揮員，以便讓他們針對威脅采取進(jìn)一步行動。根據(jù)目前的研制進(jìn)度，DCCS有望于2020年投入英軍部隊(duì)使用。

走向現(xiàn)實(shí)的“鋼鐵俠”

在大眾眼中，托尼·斯塔克的鋼鐵俠戰(zhàn)衣也許是下一代戰(zhàn)場可穿戴技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。但很少有人知道對相關(guān)技術(shù)的探索從上世紀(jì)60年代就已經(jīng)開始了。

1965年，通用電氣公司推出了制造實(shí)用化有源外骨骼的“哈迪曼”計(jì)劃。根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，“哈迪曼”能夠?qū)⒋┐髡叩氖直哿α吭龃?5倍，最多能允許其提起680千克的重物。但受制于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，“哈迪曼”十分笨重，2只機(jī)械手、28個(gè)關(guān)節(jié)被復(fù)雜的電力和液壓管線聯(lián)接，其自重就達(dá)到了680千克，行駛速度更是僅有2.7千米/小時(shí)，嚴(yán)重限制了其實(shí)際使用。最終，體積、重量、穩(wěn)定性和供電等一連串問題讓“哈迪曼”僅僅停留在了試驗(yàn)原型機(jī)階段。

但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)入21世紀(jì)以來，高度功能化的外骨骼目前已不再是一個(gè)幻想。2009年，伯克利大學(xué)機(jī)器人學(xué)和人類工程實(shí)驗(yàn)室聲明將和洛克希德·馬丁公司合作研發(fā)一款軍用外骨骼系統(tǒng)，名為“人類通用負(fù)載運(yùn)輸器”（HULC）。

HULC是一種下肢外骨骼，最高負(fù)重90千克，行軍速度4.8千米/小時(shí)，短時(shí)沖刺速度可達(dá)16千米/小時(shí)。其革新性的液壓架構(gòu)非常高效，使系統(tǒng)可以依靠電池供電，而不像雷錫恩公司的XOS2系統(tǒng)需要綁定一個(gè)小型發(fā)電機(jī)，不僅如此，HULC還在評估以燃料電池供能的方案，這樣可以將續(xù)航時(shí)間提升至96小時(shí)。HULC的穿著過程簡便，運(yùn)動靈活，穿著者在步行、奔跑、跪姿和匍匐時(shí)都不會受到影響。

當(dāng)穿著者運(yùn)動時(shí)，傳感器會自動感知，所以HULC不需要諸如操縱桿之類的操縱機(jī)構(gòu)，微型計(jì)算機(jī)會根據(jù)傳感器傳來的信息控制液壓系統(tǒng)跟上穿著者的身體動作。HULC系統(tǒng)堅(jiān)固的鈦合金架構(gòu)和強(qiáng)有力的液壓動力大幅增加了士兵的力量和耐力，模塊化設(shè)計(jì)也讓部件的更換更為簡單。

在軍事后勤領(lǐng)域，洛克希德·馬丁公司于2014年發(fā)布的FORTIS外骨骼是最早投入市場的外骨骼之一。FORTIS無需外部能源，可以將原本由人體所承受的負(fù)荷通過機(jī)械臂和一系列關(guān)節(jié)傳遞到地面，而且還能夠隔絕大部分震動，從而讓操作者獲得更為輕松舒適的體驗(yàn)。FORTIS外骨骼可以幫助操作者提升約25千克的重物，并減輕2/3的疲勞度，在提高工作效率的同時(shí)減少肌肉損傷的發(fā)生。目前，F(xiàn)ORTIS已被美國海軍采購，用于裝備碼頭和船廠的重負(fù)荷工程人員。

在目前公開的軍用作戰(zhàn)服研制計(jì)劃中，技術(shù)指標(biāo)最先進(jìn)、與“鋼鐵俠”戰(zhàn)衣最接近的當(dāng)屬美國“戰(zhàn)術(shù)突擊輕型作戰(zhàn)服”（TALOS）。2013年，美國特種作戰(zhàn)司令部披露了這種超級戰(zhàn)衣的研發(fā)計(jì)劃。次年，時(shí)任總統(tǒng)的奧巴馬也表示美國“正在研發(fā)自己的鋼鐵俠”。TALOS旨在為特戰(zhàn)分隊(duì)特別是破門而入的第一名戰(zhàn)士提供有史以來最為全面的防護(hù)和戰(zhàn)斗力提升，包括全身防彈、四肢助力、綜合加熱和降溫系統(tǒng)、嵌入式傳感器和計(jì)算機(jī)、動態(tài)調(diào)諧天線、3D音效系統(tǒng)和夜視儀等等。除此之外，這位幸福的TALOS穿著者還將享有核心體溫、體表溫度、心率、肌體含水量等實(shí)時(shí)檢測，當(dāng)他受傷時(shí)，還能夠第一時(shí)間獲得維持生命的氧氣或止血措施。與其它采用的剛性材料防護(hù)服不同的是，TALOS采用了麻省理工學(xué)院開發(fā)的液態(tài)防護(hù)材料，這種材料平時(shí)為流體，但在特定磁場或電流作用下會在數(shù)毫秒內(nèi)變?yōu)楣虘B(tài)，與陶瓷或凱芙拉材質(zhì)相比，流體防護(hù)材料在防護(hù)面積、舒適度和抗多次打擊能力方面都有顯著優(yōu)勢。由于TALOS的技術(shù)指標(biāo)全面而超前，不僅在披露伊始就吸引了媒體和公眾的縱情想像，其研發(fā)團(tuán)隊(duì)的陣容也頗為“豪華”，共有多達(dá)56家公司、16家政府機(jī)構(gòu)、13所大學(xué)和10個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室參與研發(fā)進(jìn)程，將有源外骨骼、全身防彈衣、態(tài)勢感知全息顯示器等多項(xiàng)概念技術(shù)進(jìn)行深度整合。

然而，美國國內(nèi)對于TALOS的研發(fā)進(jìn)度還存在爭議，美國特種作戰(zhàn)司令部計(jì)劃于2018年7月獲得“獨(dú)立運(yùn)作的作戰(zhàn)服原型”并開始測試，但有科研機(jī)構(gòu)認(rèn)為TALOS囊括的部分全新技術(shù)至少要到2026年左右才能實(shí)現(xiàn)。在它所面臨的挑戰(zhàn)中，電源系統(tǒng)是最大問題，現(xiàn)有發(fā)電系統(tǒng)的小型化和輕量化程度與TALOS的需求相距甚遠(yuǎn)。同時(shí)，項(xiàng)目的資金投入也備受關(guān)注，特種作戰(zhàn)司令部所做8 000萬美元的預(yù)算貌似難以維系，與之類比的是先前美國陸軍的“陸地勇士”計(jì)劃，從1996年研發(fā)開始，到2006年全部技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的漫長進(jìn)程中共耗資5億美元之多。

總的來說，盡管可穿戴技術(shù)的突飛猛進(jìn)能夠讓士兵在信息、防護(hù)甚至體能上獲得前所未有的支持，但其距離真正的戰(zhàn)場應(yīng)用仍然有很長的路要走。雖然沒有誰能預(yù)測下一個(gè)10年會發(fā)生什么，但技術(shù)的不斷發(fā)展正在讓科幻世界中的超能戰(zhàn)士離現(xiàn)實(shí)越來越近。