李 鵬，刁天喜，吳 東

外軍軍事醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)與裝備研究

李 鵬，刁天喜，吳 東

介紹了外軍軍事醫(yī)學(xué)與裝備年度發(fā)展概況，分析了外軍軍事醫(yī)學(xué)與裝備年度發(fā)展特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了該領(lǐng)域出現(xiàn)的新概念、技術(shù)和裝備,得出了相關(guān)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及可能的軍事意義，以期對(duì)軍隊(duì)相關(guān)裝備的研究起到一定的啟示作用。

外軍軍事醫(yī)學(xué)；技術(shù)裝備；前沿領(lǐng)域；情報(bào)分析

0 引言

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步是裝備戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)提升的根本動(dòng)力，科學(xué)技術(shù)驅(qū)動(dòng)裝備更新?lián)Q代。因此，跟蹤研究裝備研發(fā)領(lǐng)域中的前沿理論和技術(shù)等相關(guān)最新科技成果，對(duì)于指導(dǎo)裝備發(fā)展、提升裝備戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)和性能至關(guān)重要。

1 外軍軍事醫(yī)學(xué)與裝備發(fā)展概況

軍事醫(yī)學(xué)技術(shù)是指能維持、改善和提高部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的相關(guān)技術(shù)。隨著生物交叉技術(shù)、生物材料技術(shù)、聚合技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，軍事醫(yī)學(xué)技術(shù)的研究對(duì)象范圍已大大擴(kuò)展，部隊(duì)人員、后勤裝備和武器裝備等都是其研究對(duì)象。軍事醫(yī)學(xué)技術(shù)推動(dòng)裝備的發(fā)展主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一方面，相關(guān)軍事醫(yī)學(xué)技術(shù)能直接提高或增強(qiáng)武器裝備的戰(zhàn)技術(shù)性能和指標(biāo)；另一方面，相關(guān)軍事技術(shù)能提高戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)單兵的綜合能力和素質(zhì)，進(jìn)而改變作戰(zhàn)模式和方式。近年來(lái)，國(guó)外在裝備發(fā)展領(lǐng)域出現(xiàn)了許多新概念、技術(shù)、材料和工藝等，總結(jié)起來(lái)主要有以下幾方面。

1.1 技術(shù)出現(xiàn)領(lǐng)域

2012年，美國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（defense advanced research projects agency，DARPA）提出“思維頭盔計(jì)劃”，該計(jì)劃的目的是通過(guò)讀取和識(shí)別人腦電波，開(kāi)發(fā)出能輔助戰(zhàn)場(chǎng)士兵決策的裝備；2013年，DARPA提出“阿凡達(dá)計(jì)劃”，目的是打造一支可人腦遠(yuǎn)程控制、“零傷亡”的機(jī)器人作戰(zhàn)軍團(tuán)；同年，DARPA在其2012—2013財(cái)年預(yù)算中列入一項(xiàng)預(yù)算金額為400萬(wàn)美元的預(yù)研科技項(xiàng)目——“心理幻覺(jué)武器”，目的是操縱對(duì)手的感官知覺(jué)，從而取得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利；同年，荷蘭研究人員還進(jìn)行了“防彈皮膚”生物材料工藝的研究，未來(lái)防彈裝備研發(fā)領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)新的突破。

1.2 技術(shù)突破領(lǐng)域

美國(guó)科羅拉多大學(xué)研究人員利用特殊植物在受到萜烯類(lèi)化合物釋放物激發(fā)時(shí)作出反應(yīng)的原理，設(shè)計(jì)能夠用來(lái)反恐的植物；埃及研究人員在植物指示潛在威脅和細(xì)菌排雷研究領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展；美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)了蜘蛛絲在導(dǎo)電方面具有的獨(dú)特優(yōu)越性；麻省理工學(xué)院的研究人員利用深海細(xì)菌吸收弱光的強(qiáng)大能力，研制“太陽(yáng)能細(xì)菌電池”；DARPA啟動(dòng)基因改造計(jì)劃，目的是通過(guò)基因選擇和修改技術(shù)打造可以連續(xù)數(shù)天不吃飯和具有斷肢再生功能的“超級(jí)戰(zhàn)士”；仿生機(jī)械領(lǐng)域出現(xiàn)了很多新產(chǎn)品，如病原菌偵查機(jī)器人、撲翼機(jī)器人等。

1.3 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

2012年，毫米波遠(yuǎn)程生物特征識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)（millimeter wave remote biometric identi-fication and tracting，MMWRBIT）取得突破，它能幫助識(shí)別可疑敵方人員和恐怖分子，該系統(tǒng)于2012年10月開(kāi)始部署于美國(guó)各重大安全領(lǐng)域；由美國(guó)國(guó)家航空航天局和佛羅里達(dá)州人機(jī)認(rèn)知機(jī)器研究所共同開(kāi)發(fā)的太空機(jī)械外骨骼取得成功，并將很快應(yīng)用于航天領(lǐng)域；法國(guó)研發(fā)出一種名為Second-Sight的立體式遠(yuǎn)程攝像監(jiān)測(cè)儀，可實(shí)時(shí)監(jiān)控任何有毒工業(yè)氣體或者化學(xué)氣體的泄露，并能提供及時(shí)預(yù)警。

2 外軍軍事醫(yī)學(xué)與裝備發(fā)展特點(diǎn)

近幾年，軍事醫(yī)學(xué)技術(shù)在裝備研發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)成果主要表現(xiàn)在進(jìn)行人體效能提升、開(kāi)發(fā)智能化戰(zhàn)場(chǎng)輔助裝備、進(jìn)行裝備微型化電池基礎(chǔ)研究、研制微型仿生偵查裝備、發(fā)展仿生偽裝材料等，歸納起來(lái)主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

2.1 開(kāi)辟新的模式，著力提升人的能力

機(jī)器人一直是裝備研發(fā)的一個(gè)重要領(lǐng)域，如偵查機(jī)器人、救護(hù)機(jī)器人、后送機(jī)器人等。2012年，DARPA第一次提出將機(jī)器人用于未來(lái)作戰(zhàn)，即作戰(zhàn)機(jī)器人，其作戰(zhàn)指令來(lái)自人腦，相關(guān)技術(shù)為人腦遠(yuǎn)程控制技術(shù)，該設(shè)想的提出改變了人們對(duì)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)和未來(lái)作戰(zhàn)模式的認(rèn)識(shí)。在提升人的能力方面，開(kāi)發(fā)具有腦電識(shí)別和決策功能的思維頭盔、研制功能更多的機(jī)械外骨骼等，目的是最大限度地提升戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)人員的綜合能力和素質(zhì)。而通過(guò)基因技術(shù)打造的“超級(jí)戰(zhàn)士”，則是從人體基礎(chǔ)機(jī)能上提升單兵的能力和素質(zhì)。

2.2 著眼裝備模塊，提高裝備戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)

笨重的電力保障模塊一直是制約裝備輕型、便攜化發(fā)展的主要因素，因此，發(fā)展功率大、體積小、質(zhì)量小的新型電池組成為解決裝備輕型便攜化發(fā)展問(wèn)題的關(guān)鍵。新型微生物電池具有小巧、輕便等特點(diǎn)，成為該領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，美軍依靠麻省理工學(xué)院等知名高校進(jìn)行了前期基礎(chǔ)研究。研究人員也積極探索蜘蛛絲在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用，如防彈背心、抗菌殺毒、船舶羽翼等。蜘蛛絲的導(dǎo)電特性在裝備電子系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：一方面，可以提升裝備電子系統(tǒng)的性能；另一方面，可替代傳統(tǒng)金屬材料，達(dá)到降低裝備質(zhì)量的目的。

2.3 加強(qiáng)仿生技術(shù)研發(fā)，注重裝備靈活機(jī)動(dòng)

仿生技術(shù)是工程技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，其研究對(duì)象是自然界中的各種動(dòng)物。目前，對(duì)仿生技術(shù)的研究主要涉及2個(gè)領(lǐng)域：一個(gè)是仿生材料，另一個(gè)是仿生機(jī)械?！胺缽椘つw”是一種通過(guò)將蜘蛛絲與山羊奶混合而制造出的比Kevlar纖維還要堅(jiān)固的山羊蜘蛛絲織物將其與人類(lèi)皮膚混合，可以獲得具有防彈功能的材料。仿生機(jī)械方面，通過(guò)模擬魚(yú)類(lèi)利用腹鰭擺動(dòng)而在水中前行的原理，既能研制出適合在近岸淺海處進(jìn)行偵查的水下裝置；又能研制出模仿蜜蜂、撲翼等不受氣流影響而在空中長(zhǎng)時(shí)間停留的微型無(wú)人偵察飛行器。

3 外軍軍事醫(yī)學(xué)與裝備發(fā)展重點(diǎn)

3.1 人腦控制技術(shù)

人腦遠(yuǎn)程控制技術(shù)實(shí)施的目的是打造一支可人腦遠(yuǎn)程控制的機(jī)器人作戰(zhàn)軍團(tuán)。其技術(shù)原理是：以人腦電信號(hào)為信息載體，通過(guò)直接采集來(lái)自大腦的神經(jīng)元信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為機(jī)器人能識(shí)別的輸出指令，然后將輸出指令通過(guò)腦機(jī)接口傳遞給戰(zhàn)場(chǎng)作戰(zhàn)機(jī)器人，以實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程作戰(zhàn)范圍內(nèi)機(jī)器人的控制[1-2]。人腦遠(yuǎn)程控制技術(shù)提出的背景源于美軍“技術(shù)制勝”的軍事戰(zhàn)略思維，由美國(guó)防部于2013年3月份提出，項(xiàng)目名稱(chēng)為“阿凡達(dá)計(jì)劃”。人腦遠(yuǎn)程控制技術(shù)涉及神經(jīng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)、生物工程、人工智能、傳感器等多個(gè)領(lǐng)域和“讀腦卡”、“操控術(shù)”等多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)[3-4]。該項(xiàng)研究最初是以老鼠、猴子等為研究對(duì)象[2]，通過(guò)采集和識(shí)別其腦電波，然后完成相應(yīng)的動(dòng)作指令，如圖1所示。

圖1 腦控技術(shù)原理及示例

同時(shí)，一項(xiàng)由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院、美軍海軍研究所和DARPA共同資助，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)的“植入式腦機(jī)接口葡萄糖燃料電池”項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)也取得成功，解決了未來(lái)人機(jī)接口的電力保障問(wèn)題，如圖2所示。

圖2 植入式腦機(jī)接口葡萄糖燃料電池

“阿凡達(dá)計(jì)劃”的提出從根本上轉(zhuǎn)變了人們對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)模式的思考。因此，腦控技術(shù)、神經(jīng)接口技術(shù)等都將是軍事醫(yī)學(xué)領(lǐng)域未來(lái)的研究重點(diǎn)，加快進(jìn)行該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究是取得未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)，贏取戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵。

3.2 裝備電池模塊

新型微生物電池是指選擇病毒和細(xì)菌類(lèi)中的有益且對(duì)人體無(wú)害的微生物，利用其強(qiáng)大的繁殖和復(fù)制能力，通過(guò)基因工程設(shè)計(jì)而產(chǎn)生強(qiáng)壓電效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生電量[5]，其功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 微生物電池功能結(jié)構(gòu)

微生物電池具有小巧、輕便等優(yōu)點(diǎn)，能解決單兵在行進(jìn)和作戰(zhàn)過(guò)程中碰到的設(shè)備電力裝備數(shù)量多、體積大等缺點(diǎn)，從而減輕通信類(lèi)電子裝備電力模塊的質(zhì)量，提高作戰(zhàn)效率。該項(xiàng)研究由美國(guó)陸軍研究辦公室協(xié)作技術(shù)研究所和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)技術(shù)研發(fā)，并取得了一定成果[6]。2009年4月，麻省理工學(xué)院的研究人員利用M13噬菌體以及碳納米管研制出一款“病毒電池”；2012年，麻省理工學(xué)院的研究人員利用深海細(xì)菌吸收弱光的強(qiáng)大能力，開(kāi)始嘗試研制“太陽(yáng)能細(xì)菌電池”[5]；美國(guó)宇航局設(shè)計(jì)了一種利用芽孢桿菌發(fā)電的方案，利用微生物中的芽孢桿菌來(lái)處理尿，生產(chǎn)出氨氣，以氨作為電極活性物質(zhì)，就得到了微生物電池，這樣既處理了尿，又得到了電能[7]，如圖4所示。

圖4 可發(fā)電的芽孢桿菌

3.3 仿生偵查裝備

仿生機(jī)械技術(shù)是指模仿動(dòng)物爬行、昆蟲(chóng)飛行以及魚(yú)類(lèi)潛水的原理，研制出一類(lèi)能在復(fù)雜環(huán)境和地域中執(zhí)行偵查、探測(cè)任務(wù)的機(jī)械動(dòng)力裝置。仿生微型無(wú)人飛行器是指一種模仿昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)的飛行原理，能在空中長(zhǎng)久停留，具有潛在軍事偵查功能的無(wú)人飛行裝置。2011年2月，研究人員研發(fā)出一種既能在空中長(zhǎng)久停留，又不受氣流影響，模仿鳥(niǎo)類(lèi)及蜜蜂飛行的無(wú)人駕駛飛行器，如圖5所示。

2011年8月，英國(guó)牛津大學(xué)科學(xué)家設(shè)計(jì)出革新性的撲翼用于制造仿昆蟲(chóng)微型飛行器。該研究成果引起了北約、美國(guó)空軍和歐洲宇航研發(fā)辦公室的關(guān)注，如圖6所示。如果取得突破，其將在軍事偵查、危險(xiǎn)因素探測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮巨大的作用。仿生偵查裝備以其小巧、靈活的優(yōu)點(diǎn)成為偵查、探測(cè)裝備研發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。

圖5 蜜蜂及飛鳥(niǎo)類(lèi)無(wú)人飛行器

圖6 撲翼微型飛行器

3.4 生物工程防彈材料

防彈材料研究是裝備研發(fā)領(lǐng)域的重要方向。研究人員嘗試?yán)弥┲虢z的物理化學(xué)特性，通過(guò)一定的設(shè)計(jì)和加工得到堅(jiān)固度非常高的材料，然后將該材料與人類(lèi)皮膚混合而得到“防彈皮膚”新材料。該材料不僅能作為裝備的防護(hù)材料，而且極有可能作為皮膚組織植入人體。“防彈皮膚”屬于人造皮膚的一種，人造皮膚最初的需求背景源自對(duì)燒燙傷和戰(zhàn)傷受損皮膚進(jìn)行尋找合適的皮膚組織時(shí)遇到的痛苦和困難，其概念最早由醫(yī)學(xué)家伯克于1981年首先提出。發(fā)展到現(xiàn)在，人造皮膚已經(jīng)不再僅僅滿足于組織再生功能，其功能得到無(wú)限的擴(kuò)展，例如，皮膚可拉伸、具有觸覺(jué)感知，甚至具有防彈功能。這項(xiàng)名為“蜘蛛絲工程”的研究項(xiàng)目是由荷蘭法醫(yī)基因組學(xué)聯(lián)盟支持的，又名“2.6 g 329 m/s工程”，目的是通過(guò)將山羊奶與蜘蛛絲材料混合，制造出10倍于鋼鐵硬度、4倍于防彈背心所用的Kevlar纖維堅(jiān)固度的山羊蜘蛛絲織物，然后將該織物與人類(lèi)皮膚混合，從而獲得具有防彈功能的皮膚?！?.6 g 329 m/s”是指點(diǎn)22口徑步槍子彈的質(zhì)量和速度，因此該“防彈皮膚”的要求就是能阻止速度在329 m/s內(nèi)的子彈穿過(guò)，如圖7、8所示。

圖7 子彈擊中前瞬間

圖8 子彈被阻止在皮膚材料內(nèi)

未來(lái)“防彈皮膚”將會(huì)在防護(hù)背心、防護(hù)頭盔等防彈裝備研發(fā)領(lǐng)域展示出很大的應(yīng)用潛力和價(jià)值，如果“防彈皮膚”能植入人體組織，還可以將蜘蛛絲的基因與人的基因進(jìn)行結(jié)合從而打造出“防彈人”。

3.5 遠(yuǎn)程生物識(shí)別技術(shù)

遠(yuǎn)程生物識(shí)別技術(shù)是借助紅外穿墻雷達(dá)、多普勒和電子傳感器等設(shè)備，對(duì)人體自身發(fā)出來(lái)的生命信號(hào)，如心跳、呼吸以及紅外輻射等進(jìn)行人員發(fā)現(xiàn)和生命跡象探測(cè)的技術(shù)。該項(xiàng)目由阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)西北大學(xué)共同研制，是第一個(gè)基于毫米波技術(shù)的人體心跳、呼吸和身體運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)程識(shí)別和跟蹤系統(tǒng)，具有便攜、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、反應(yīng)時(shí)間短、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于生物安全識(shí)別、戰(zhàn)場(chǎng)傷員鑒別分流、災(zāi)后搜索重要生命跡象、監(jiān)測(cè)患者的心臟狀況和行動(dòng)。2012年4月，MMWRBIT取得突破，毫米波遠(yuǎn)程生物識(shí)別和跟蹤是一種利用毫米波信息容量大、抗干擾性好、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)對(duì)人體各項(xiàng)生理參數(shù)和指標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和跟蹤，以達(dá)到對(duì)人體各項(xiàng)行為舉止進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控目的的技術(shù)，如圖9、10所示。

圖9 系統(tǒng)工作狀態(tài)

圖10 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用領(lǐng)域

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析軍事醫(yī)學(xué)技術(shù)當(dāng)前研究領(lǐng)域和研究重點(diǎn)，可以看出加強(qiáng)前沿技術(shù)創(chuàng)新研究是取得技術(shù)領(lǐng)先的關(guān)鍵，美軍“阿凡達(dá)”計(jì)劃一經(jīng)提出便引起廣泛關(guān)注，未來(lái)隨著腦機(jī)接口、腦控、神經(jīng)接口等理論和技術(shù)的發(fā)展，必然會(huì)催生新的作戰(zhàn)理念和作戰(zhàn)方式。首先，應(yīng)做好頂層設(shè)計(jì)，進(jìn)行前沿技術(shù)研究，這是贏取主動(dòng)、取得戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的關(guān)鍵。其次，提升裝備偽裝防護(hù)能力也是研發(fā)設(shè)計(jì)中不可忽略的方面。裝備的生存能力主要體現(xiàn)在裝備的偽裝防護(hù)和抗炮火攻擊2個(gè)方面。偽裝防護(hù)能力體現(xiàn)在最大程度避免被偵查到，抗炮火攻擊能力則體現(xiàn)在被發(fā)現(xiàn)后最大程度地減少裝備損毀。美軍陸軍研究辦公室、海軍研究辦公室、空軍研究辦公室都特設(shè)有裝備防護(hù)材料研究小組，目的是研究如何將最新的技術(shù)、材料和工藝運(yùn)用到裝備的生存防護(hù)能力上。最后，應(yīng)依靠高校進(jìn)行基礎(chǔ)研究。在美軍所有的研究項(xiàng)目中，83%左右都是在軍方的資助下，由麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)等研究實(shí)力較強(qiáng)的高校完成，特別是基礎(chǔ)性研究和軍民兩用性研究，基本都是交給地方大學(xué)完成。因此，我們要轉(zhuǎn)變研究思路，充分利用地方高校硬件實(shí)力強(qiáng)、人才隊(duì)伍綜合和科研思路創(chuàng)新的優(yōu)點(diǎn)，積極進(jìn)行前沿基礎(chǔ)研究。

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（收稿：2013-08-17 修回：2014-03-04）

（欄目責(zé)任編校：邢 楠）

Study on frontier technologies and equipment of foreign military medicine

LI-Peng,DIAO Tian-xi,WU Dong
(Institute of Health Service and Medical Information,Academy of Military Medical Sciences,Beijing 100850,China)

The annual development of foreign military medicine and equipment is introduced,and some new concepts, technologies and equipment emerging in this year are analyzed to make clear the trends and military significances of the technology and equipment,so that the military medical equipment can find references for its future development.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（11）：109-112]

foreign military medicine;technology and equipment;frontier;intelligence analysis

R318；R82

A

1003-8868（2014）11-0109-04

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.11.109

總裝基礎(chǔ)管理中心（JDJYS20121）

李 鵬（1983—），男，博士，助理研究員，主要從事情報(bào)追蹤、分析與發(fā)展戰(zhàn)略研究方面的工作，E-mail：58301561@qq.com。

100850北京，軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生勤務(wù)與醫(yī)學(xué)情報(bào)研究所（李鵬，刁天喜，吳 東）