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北约科学技术组织:发布“科学和技术趋势:2020-2040”报告

2020-09-28 09:43:21     浏览数量:  

北约科学技术组织2020年3月发布了“科学和技术趋势:2020-2040”报告,对未来20年世界新兴和颠覆性技术(Emerging and Disruptive Technologies)作出了识别与预测,旨在加深军事和文职决策者对新兴颠覆性技术的理解并助其做出判断形成决策。报告主要着眼并服务于军事,但其分析预测的未来颠覆性技术具有十分重要的普遍意义与借鉴价值。

报告认为,数据(Data)、人工智能(AI)、自主技术(Autonomy)、太空(Space)、高超声速(Hypersonic)、量子(Quantum)、生物技术(Biotechnology)以及材料(Materials)这八大技术领域对世界的影响将会是颠覆性的。报告在常规的线性评估单个技术领域的基础上,创新性地研究分析了颠覆性技术间的协同作用和影响,并总结阐明了未来颠覆性技术发展总体趋势的“四化”(智能化、互通化、去中心化和数字化)特点及交互作用。

    未来20年具有颠覆性影响的八大类技术及其领域

报告将一系列能在未来带来颠覆性影响的技术分成八大类:数据、人工智能、自主技术、太空、高超声速、量子、生物技术以及材料。这些科技要么处于发展的初期阶段,要么正在经历着快速的革命性发展。2019年10月,前七个领域得到了北约国防部长们的认可,第八个领域(材料)被作为未来考虑和发展的领域纳入。该报告认为,数据、人工智能、自主技术、空间和高超声速领域已经有非常悠久的发展历史,对军事能力的颠覆性影响要么已经形成,要么将在未来5-10年内产生,因此具有压倒性的颠覆性。量子、生物技术和材料作为新兴领域,它们的发展需要更多的时间,也许10-20年,才能完全感受到他们的颠覆性。

鉴于每个新兴的颠覆性技术包含不同的子领域,且每个领域都可能处于不同的发展阶段,报告对前七个颠覆性技术领域的关键技术领域进行进一步的划分,并采用统一的测量方式,评估了未来颠覆性技术各个子领域的军事影响程度,并预测了技术未来成熟的时间点。

报告认为,现代技术很少以简单的线性方向发展,传统的线性式研究分析颠覆性技术的做法已经难以适应复杂多变的现代社会及其发展需求。因而,报告强调指出重视新兴颠覆性技术间的协同作用与重视颠覆性技术本身一样重要。报告判断,下列技术的协同作用和相互依存关系将对未来技术发展产生重大影响。

    “数据-人工智能-自主技术”协同作用

报告预计,大数据和高级分析、人工智能和自主技术协同结合,将在未来十年对北约的军事能力产生最大的颠覆性影响。智能的、广泛分散的、无处不在的、低成本的、互联互通的传感器与自主实体的扩大使用,将带来海量数据,这些数据几乎不可能用现存的方法和工具来分析的。相关的技术和方法将成为解决这些问题的基础。这些技术包括5G以及类似的通信技术、认知电磁管理(Cognitive EM management)、物联网、物联人工智能(AI of things)、更好的电池技术,甚至3D打印。数据、人工智能和自主技术的变化,加上太空、生物和量子技术的发展,有可能为北约的战略部署和作战决策创造优势,这将助长对新的网络概念和模因战(mimetic warfare)能力产生新的研究需求。  

     “数据-人工智能-生物技术”协同作用

人工智能和生物技术正以指数级的速度发展,其驱动因素是大幅降低的成本和不断加速上升的商业利益。例如,最初的人类基因组计划花了10个月,花费了30亿美元(2001年)。今天,破译一个人类基因组只需要不到一个小时的时间,花费大约1000美元。人工智能,与大数据和生物技术相结合,将对世界经济和世界健康产生巨大影响。这种技术组合将大大有助于研发新药、有目的地进行基因修饰、直接操纵生化反应、优化生物制剂、制造生物传感器、开发新的生化核防御部队对策和(通过元分析)识别新研究领域。利用人工智能来优化新生物制剂的设计,“分子-分子”或“细胞-细胞”这样的生物设计将极大地扩展北约研发新药物的能力,以及为传感制造创造新的手段。这种颠覆性影响将不会局限于生物科学,而将反映在科学技术发展的所有领域。

    “数据-人工智能-材料技术”协同作用

人工智能与大数据相结合,将有助于设计出具有独特物理性能的新材料,直接操纵化学反应,通过元分析支持创新设计的产生和新研究领域的识别,并将支持2D材料方面研究的进一步发展。这种颠覆性影响将反映在科技发展的所有领域。人工智能、大数据与3D/4D打印或生物制造技术相结合,将极大地促进可靠的、定制的、混合材料的产品的开发。

    “数据-量子技术”协同作用

在未来15-20年内,量子技术将通过加强提高传感器能力、安全通信和计算能力,增强C4ISR系统的数据收集、处理和开发能力。特别是,量子计算可能大大提升预测分析的建模、仿真速度和保真度,并使量子方法能够用于深度学习神经网络,从而大大增强人工智能和相关数据分析能力。这种计算和模拟能力的加强也将通过对现有科学的元分析和量子主导系统的模拟对北约科技的实施产生重大影响。这种计算和模拟能力将创造新的基础和应用科学、新的设计、以特定目的建造基因或有机体,并且发现新材料、化学和生物特性。所有这些颠覆性影响都有可能在2040年后出现。

    “太空-量子技术”协同作用

基于空间的量子传感器,通过量子通信,将产生一种完全不同种类的适用于部署在卫星上的传感器。目前,功率限制和传感器灵敏度显著影响卫星的设计和运行。下一代量子技术支持更小、更低功率、更灵敏和更分布式的天基传感器网络,这个网络将成为北约未来20年情报、监测与侦查(ISR)架构的一个重要方面。目前卫星对地球通信(Satellite-to-Earth QC)已经在5000公里以上的范围内完成了军事演示。如果北约想要维持一个完全安全的全球通信网络,发展大规模卫星发射的密钥分配量子通信(QC)网络将至关重要。特别是中国,正在制定一系列雄心勃勃的示范项目。预计未来5-10年的技术发展将极大地扩展这些早期试验的规模,并为强大的商业能力提供技术框架。

    “太空-高超声速-新材料”协同作用

空间和高超声速是具有挑战性的作战领域。如果空间和高超声速系统要充分利用这些领域的固有优势和机会,就必须在特殊材料、新型设计、微型化、能量储存、制造方法和推进装置方面取得进展。空间和高超声速系统面临着许多相同的环境挑战。研发新的低成本、坚固和特别耐热的材料对开发实用而经济的系统至关重要。拓展3D/4D打印使用规模也非常关键,因为打印关键部件(如发动机)将有助于降低成本并提升可靠性。报告指出,未来技术发展趋势有四大特点,即智能化、互通化、分散化及数字化。其中,技术的智能化意味着未来的技术将越来越多的被人工智能、数据和知识分析所嵌入,机器的自主决策能力将会加强;技术的互通化即未来人们将看到越来越多的虚拟和现实网络的融合,比如,互通的技术将支持形成一个链接传感器、组织机构、个体和自主代理等主体的大型、综合性的互通网络;技术的分散化意味着去中心化,大规模的感知、存储、计算、决策支持和研发活动以泛在的形式协同;未来技术趋于数字化,意味着人类、物理和信息领域的科技边界将越来越模糊,将会出现新的生理、心理、社会和文化现实。

    报告据此认为,上述四种技术趋势特征结合起来,将会极大地推动形成一种包括军事在内的新发展趋势。

    智能化和互通化的交互作用:自治系统和代理主体

智能与自主系统正逐步取代并超越人类的能力。到目前为止,自治系统能力还非常有限。人工智能的加入将使自治系统能够显著地进行更复杂的决策、自主活动,并进行复杂的人机协作。智能代理使用范围将有趋势拓展到虚拟现实领域,包括作战网络和数字社交网络。自主代理将为战略操作、战略规划等提供快速分析和建议,提升OODA循环系统(观察-判断-决策-执行)的有效性,并为一系列受旧策略约束的老问题带来新的视角。这种智能作战网络有潜力将决策速度提高到人机交互和可视化的水平。

    互联化和数字化的协同作用:战争网络的操作依赖性

不断演化、适应新环境的C4ISR作战系统将形成深层次的操作依赖关系,并增加虚假信息、网络与物理攻击的风险。这种攻击可能在冲突开始很久以前就开始实施,并可能间接地攻击现代业务和战略网络的后勤、人员、信息、财政或其他保障支持要素。

    互联化和分散化的协同作用:更广泛的作战领域

随着作战环境拓展到空间、网络和更广泛的信息领域,将会需要以更广泛、互联和多领域的视角来思考未来的作战方式。多领域传感器数量的增加,以及多领域任务和网络边缘处理能力的提高,将对控制、反控制能力,保护、反保护措施以及进一步的抗衡措施等功能产生新的要求。

    智能化和数字化的协同作用:精准作战的发展

C4ISR作战系统的数字化程度不断提高,再加上小型化、边缘处理的成本下降,极大地增强了精确打击的发展。不断发展的低成本的精确打击武器,已经威胁到大型高价值武器的地位。然而,日益增强的数字化技术,也暴露了迄今未曾预料到的新漏洞。新的传感器(如量子技术)、对合成现实(虚拟、社交、混合、孪生等)的更多依赖将带来风险和机会。利用不断增加的数据以及使用越来越复杂的分析工具,将推动新的作战能力的发展。

当前新科技革命与产业变革风起云涌,国际形势复杂多变,如何更好地分析洞见颠覆性技术,对于我国未来的安全和发展至关重要。北约科学技术组织的这份报告对我国科技中长期发展,不断提升科技创新策源能力提供了有益的视角和启示。

(资料来源:https://www.nato.int/nato_static_fl2014/assets/pdf/2020/4/pdf/190422-ST_Tech_Trends_Report_2020-2040.pdf,编译:冯翔)
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