2020年人工智能领域科技发展综述
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2021-06-14 20:52
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随着人工智能、机器学习等技术的发展，武器系统将越来越智能，能够执行越来越复杂的任务，会给未来战场带来深远的变化。2020年，世界主要国家继续加大对发展人工智能技术的政策支持和经费投入，空战、指挥决策、军事训练等多个领域的人工智能项目都在快速发展，量子计算、脑机接口、增强现实等基础技术均取得突破性进展，不断加快人工智能军事作战赋能进程。
全球有38个国家已制定国家层面的人工智能战略政策、产业规划文件；此外，阿根廷、爱尔兰、巴西、印度尼西亚等国的国家级人工智能战略文件也在制定过程中。
美国政府将发展人工智能作为一项国家战略，利用美国在基础科研实力上的优势，推动人工智能产业发展。美国政府机构采取多项举措，发布多个顶层战略政策，以巩固和保障其在人工智能领域的领先地位和话语权。
针对一年前总统特朗普签署的第13859号行政命令所启动的“美国人工智能计划”，美国白宫科技政策办公室发布《美国人工智能计划：首个年度报告》。报告主要从投资人工智能研发、共享人工智能资源、消除人工智能创新障碍等方面，总结了美国政府过去一年在实施“美国人工智能计划”方面取得的重大进展；报告重申，美国必须推动政府、工业界和学术界在人工智能领域取得技术突破，以促进科技发展、保持经济竞争力、维护国家安全。
美国家人工智能安全委员会（NSCAI）发布了2020年年中报告以及第三季度的建议，从引领人工智能研发、使用人工智能保护国家安全、加强人才培养、构建和保护美国的技术优势、加强国际合作等六个方面向国会提出了80项与人工智能相关的建议。
（1）新财年人工智能预算持续大幅度增加
美国白宫向国会提交的《2021财年联邦政府预算计划》显示，与2020财年预算相比，美国政府2021财年预算大幅增加了非国防的人工智能研发投入，并有望在2022年前使非国防人工智能研发投资翻番；美国国家科学基金会为其人工智能项目申请了8.5亿美元，比2020财年预算增加了70%。
（2）多项法案出台，提升人工智能机构地位、推动人工智能人才招募
美国国会通过了《军队人工智能法案》，进一步提高了人工智能在整个国防部的重要性，确保联合人工智能中心的负责人是三星级将领并直接向国防部长报告，法案还要求国防部长制定培训和认证计划，以更好地招募人工智能和网络安全人才等；美国国会通过了2021财年《国防授权法案》，主要针对采购自主权、简化报告流程以及开展“联合人工智能中心2.0”计划三个方面提出建议，旨在重新调整技术研发结构，在明确需求的基础上定向开发新技术，帮助军队更好地取得作战优势，通过将直接采购权下放给负责人、简化流程等措施提高联合人工智能中心在国防部中的地位。
此外，白宫科技政策办公室、国家科学基金会和美国能源部宣布未来5年投资10亿美元成立12个人工智能和量子研究机构，其中7个是人工智能研究中心。
（3）人工智能社会伦理被纳入监管重点
美国白宫发布《人工智能应用监管指南备忘录（草案）》，该备忘录从监管和非监管层面提出了人工智能应用相关原则和建议，包括公众信任、公众参与、科学诚信与信息质量等。美国国防部正式采纳国防创新委员会推荐的五项人工智能伦理原则。
欧洲主要国家纷纷将人工智能作为国家重点发展领域，谋划未来发展。欧盟始终高度重视并积极推进人工智能法律与伦理研究，包括可能的立法和监管措施，是欧盟立法议程的一个核心。总体而言，欧洲在人工智能竞争力的许多关键方面落后于中美等国，但在道德监管方法上处于领先位置。
（1）欧盟关注人工智能伦理和安全性，大幅提高投资水平
欧盟委员会发布《人工智能白皮书》，旨在促进欧洲在人工智能领域的创新能力，推动人工智能伦理和可信赖人工智能的发展。白皮书由政策框架和未来监管框架两部分要素组成，提出欧洲需要大幅提高人工智能研究和创新领域的投资水平、谋求在人工智能领域的世界领先地位，目标是未来10年中，每年在欧盟吸引200亿欧元的人工智能技术研发和应用资金，还将通过顶尖大学和高等教育机构吸引最优秀的教授和科学家。
同期，欧盟委员会发布《关于人工智能、物联网、机器人对安全和责任的影响的报告》，明确指出人工智能产品的不透明性导致难以跟踪系统的决策过程，欧盟产品安全法规目前尚未解决算法不透明带来的日益增长的风险。
（2）英国推动人工智能国防应用，加强美英合作
英国防务智库皇家联合军种国防研究所发布《人工智能与国家安全报告》，系统性地研究了人工智能对国家安全的威胁以及应用，表示数据治理和监管是一个热点话题。随着数据量不断呈指数级增长，使用更先进的分析工具已成必要，报告认为人工智能的国家安全应用需要比商业应用有更高程度的稳健性、弹性和独立性。英国政府和美国政府正式签署《人工智能研究与开发合作宣言》，以促进两国在人工智能发展方面的合作，并对人工智能规划的优先事项提出建议。
（3）德国完善人工智能国家战略，着眼远期发展
德国联邦政府公布针对2018年11月启动的“德国人工智能发展战略”的人工智能战略中期报告，盘点了该战略实施一年多来各行动领域取得的进展。根据近两年的形势变化以及新冠疫情带来的影响，德国联邦政府对2018年版《德国人工智能发展战略》进行了完善，并在内阁表决通过了这一新的修订，经过修订后的战略计划到2025年，通过经济刺激和未来一揽子计划，把对人工智能的资助从30亿欧元增加到50亿欧元。
根据《俄罗斯2030年前国家人工智能发展战略》，俄罗斯正谋求在人工智能领域的快速发展及世界领先地位，包括强化人工智能领域科学研究、完善人工智能领域人才培养体系等。
俄罗斯总理米哈伊尔·米舒斯京表示，俄罗斯需要技术跃进，需要发展新的方向，其中包括人工智能。同期，俄罗斯经济发展部称正在制订人工智能在卫生、交通、智慧城市、农业、工业和国防工业综合体等领域的应用战略和路线图，至2024年将制定出不少于15个此类政策。
在国家级规划的指引下，俄罗斯国家原子能集团公司与俄罗斯量子研究中心宣布，将联合建立俄罗斯第一个量子-人工智能实验室，致力于研究和开发基于量子计算机的机器学习和人工智能技术，特别是这些技术在核工业领域的应用。该实验室基于全球量子技术竞争和量子计算发展趋势而创立，领先的技术公司开始从量子计算的实验研究向试验性应用过渡，从理论研究向解决实际需求发展。
世界主要军事强国进一步提高人工智能在整个国家防务中的重要性，继续加大研发和探索力度，为人工智能军事作战赋能进程提速。
图1 ASTARTE计划概念图
作为美国军事技术领头羊，牵头组织多军种联合科研计划、安排、协调和管理跨军种科研项目的DARPA在2020年发布多个项目，全方位布局人工智能技术在军事方面的应用。
（1）空战一直是美军推进人工智能试点与应用的先行领域
DARPA于2020年4月宣布，将与美国陆军和空军合作开展空域快速战术执行全面感知（ASTARTE）计划，旨在通过研发新技术解决高度竞争的战场上友军部队的空域作战冲突。根据该计划，DARPA将开发用于空域规划管理的人工智能决策算法、虚拟实时测试平台和传感器网络，从而在复杂的敌方反介入和区域拒止环境中提供动态空域的实时通用作战图像，为友军部队有人/无人机系统在同一空域内安全行动和执行攻击任务提供决策支撑。
作为DARPA空战演进（ACE）的一个重要相关项目，2020年的“阿尔法狗斗空战试验”引人注目。空战演进项目的重点是探索人工智能和机器学习如何帮助空对空作战的各个方面实现自动化。在2020年8月的决赛中，人工智能体驾驶一架模拟F-16蝰蛇战斗机在五轮模拟空战中，击败了一名真正的空军顶级飞行员，取得“完美胜利”。
（2）美国探索游戏人工智能在军事领域的应用
由于即时策略类游戏与复杂环境军事行动有着天然拟合度，游戏人工智能在2016年AlphaGo事件后开始受到广泛重视，DARPA同样在此尝试寻找启发与突破。2020年5月，DARPA通过其官网宣布为“打破游戏规则的人工智能探索”项目挑选了9个团队，该项目将开发人工智能技术并将其应用于现有的开放世界电子游戏中，用于定量评估游戏的平衡性，确定与平衡性关系密切的基本参数，并探索对游戏平衡性最具威胁的新性能、战术及规则变动。
在未来冲突中，美国国防部旨在将不平衡性最大化以便获得优势，或者当对手寻求优势时制造局势的平衡。如果能找到评估和操纵商业电子游戏平衡性的通用方法，那么这些人工智能算法就可应用于国防部的模拟战争游戏中，以训练实战作战人员。2020年8月，DARPA战略技术办公室（STO）将“破坏者”计划合同授予美国诺格公司，该创新程序旨在开发人工智能并将其应用于现有的实时策略兵棋之中，以打破复杂的模型所造成的不平衡。2020年12月，美国DeepMind公司发布MuZero系统，在57种Atari视频游戏中达到人类的水平。
俄罗斯在2020年一改“规划有余、行动不足”的面貌，多款先进人工智能武器列装部队。其中，电子战攻防是俄军2020年的人工智能重点应用领域，并在多项技术和设备上完成列装。
（1）在多项态势感知与辅助决策任务场景中，人工智能技术得到应用，相关型号系统已列装
俄罗斯国防部批准了武装部队列装百利娜电子战控制系统的计划，人工智能的引入使百利娜可以考虑许多可变因素并在瞬间做出决定。例如，应该针对哪些特定的目标、在哪些频率上使用何种作战方案，将使战场上电子战装备的效能提高40％~50％。预计到2025年，所有部队都将列装该系统。俄罗斯国家技术集团技术机械科研公司开发了一种用于精确制导弹药的电子防御分析软件，可使基于人工智能的下一代弹药免受电子战系统干扰，有效提升防御性/进攻性精确制导弹药对目标信息获取的准确性。
图2 RB-109A百利娜电子战系统
（2）在空战领域，俄军紧跟美军步伐，在无人机和飞行模拟等环节开展人工智能技术应用，力争缩小差距
2020年，首批猎户座无人机已入列俄罗斯陆军部队，成为第一批入列俄罗斯部队的人工智能察打一体无人机。同期，俄罗斯已完成Rubezh-Avtomatika反无人机系统的测试，该系统利用人工智能来检测无人机的身份，可以用在开阔的地面、建筑物或建筑物的屋顶上。该系统的关键特征之一是一个智能控制系统，可以在无人干预的情况下探测和消灭无人机。由于广泛的适应能力，该系统可以用于机场、城市地区和工业设施。
目前，俄罗斯军工企业已开始开发基于无人直升机的最新远程雷达监视系统。此外，俄罗斯最新型人工智能模拟器已投入应用，最先用于辅助实施海军飞行员训练。该人工智能模拟器系统可对俄罗斯海军战斗机队、反潜航空部队的空地勤人员实施全面培训，模拟系统中包括卡-27M等型号直升机、苏-30SM等型号多用途战斗机的多任务训练模拟器。人工智能模拟器系统可最大程度地训练飞行员执行所有飞行任务（如反潜战、空射武器使用）的能力，以及在任何技术故障、天气和战术情况的应变能力等。
量子信息科学将影响未来的诸多军事能力，例如建设超安全的全球通信网络，在无GPS信号或信号严重降级时也能达到类似GPS的精度；制造通过量子网络连接的高精度传感器；开发用于优化资产和资源分配、发现新材料和人工智能新应用的新计算范式。
美军正在抢先开发量子作战设备。陆军方面，美国陆军研究实验室正在量子技术领域探索研发新型作战系统，目前正在进行的量子实验旨在GPS遭到敌人干扰、破坏的极端情况下，为士兵提供便携式的定位、导航和授时系统。空军方面，美国空军研究实验室在2020年授出量子通信、计算、授时及感知等领域合同36份（总价值达540万美元），并发布一份全球100万美元挑战，为国际量子研究界寻求新兴领域的新解决方案。
美国海军部指定美国海军研究实验室为美国海军的量子信息研究中心。海军方面，美军已将量子通讯技术运用在核潜艇上，除了优越的加密性外，此举也弥补了核潜艇因通讯而发射可被检测到的电波这一致命缺点。此外，美国国防信息系统局（DISA）将抗量子加密技术列为其在2021财年重点关注的领域，宣布已经开始密切关注其加密能力，保护国防通信免受强大的量子计算机攻击。
当前，脑机接口技术已经成为扩大和改进人-机协作能力的重要手段，其军事应用已经涵盖战场态势感知、信息处理与决策、战场反应与指挥控制等关键的军事功能。DARPA、陆军研究实验所、空军研究实验所等机构正在积极研究和资助脑机接口技术。
2020年，美国军事智库兰德公司发布报告《脑机接口：军事应用与影响的初步评估》，报告认为随着人-机交互的发展速度和应用数量的增加，脑机接口能力的实用性将在很大程度上取决于其在战斗中的保真度和可靠性；脑机接口促进的脑对脑直接交流为作战行动提供了最具变革性的应用，但也带来了最显著的作战和制度风险。
2020年，美国主要脑机接口研发公司在技术上接连取得突破：美国Paradromics公司发布一种新型高数据速率植入式脑机接口，采用比现有方法低60倍的功耗处理和传输神经数据；美国Neuralink公司发布只有硬币大小的脑机接口传感器设备Link V0.9，能够感应温度气压，并读取脑电波、脉搏等生理信号，可以置于人脑的颅顶部位。此外，美军脑机接口军用进程在不断提速，例如美国空军研究实验室（AFRL）公开为期三年的个性化神经学习系统（iNeuraLS）项目，探索在人脑和计算机之间创建接口，以提高飞行员学习以及快速和有效决策的能力。
当前，增强现实（AR）和虚拟现实（VR）技术的军事应用已相对成熟，不仅节省了军费开支和大量时间，还有效提高了士兵的作战能力。
各国的VR/AR军事应用主要集中于空战领域。美国空军投资了一套成本相对较低的技术解决方案，以确保飞机能够正确飞行和维护：虚拟现实模拟器使飞行员无需在高空中真实操控飞机即可进行培训，同时，用于维修人员的增强现实眼镜可以节省时间并提高工人的效率。美国空军的空中教育与培训司令部还正在开发进行飞机维修的VR/AR培训项目。
2020年9月，美国军方在加沙边境沿线测试以色列制造的无人机拦截系统。该无人机拦截系统源于美军的一个新项目，该项目正在研究如何使用虚拟现实和增强现实来控制无人机。无独有偶，俄罗斯军方也在探索使用VR技术操控作战无人机，为最新型察打一体无人机飞行员配备VR头盔。此外，俄军已经将VR头盔应用于空军跳伞训练。
2020年，世界主要国家纷纷出台人工智能国家战略，以一系列政策扶持文件来完善本国人工智能国家战略。同时，伴随着经费的投入、技术的发展，人工智能技术在各个军事领域均有所建树，一大批人工智能技术、设备与系统开始应用于军事任务并列装部队，取得了瞩目效果。
本文转载自“海鹰资讯”，原标题《2020年人工智能领域科技发展综述》，文 | 北京海鹰科技情报研究所 韩雨 葛悦涛，刊载于《飞航导弹》2021年第4期
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