国外军技民用最新成果管窥

2013-10-30

中国军转民 2013年4期

美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency，简称DARPA)是美国防部重大科技攻关项目的组织、协调、管理机构和军用高技术预研工作的技术管理部门，主要负责高新技术的研究、开发和应用，其所承担的科研项目，多为风险大并且潜在军事价值也大的项目，一般也是投资大、跨军种或三军不管的中、远期项目。其宗旨是“保持美国的技术领先地位，防止潜在对手意想不到的超越”。秉持这一信念，DARPA的创新业绩有目共睹：互联网、半导体、个人计算机操作系统UNIX、激光器、全球定位系统（GPS）等许多重大科技成果都可以追溯到DARPA资助项目。

美国科技媒体Business Insider对该机构的活跃项目进行了研究，以便找到那些如果最终能成为现实生活中的技术，而拥有大规模民用潜力的项目。以下为Business Insider盘点有望改变人们生活的20项高级军事项目：

1.Excalibur项目

对于在城市战争中常规武器的使用，美国国防部一直表示担忧。相关的风险存在于如何将损害局限于敌人及其持有的武器上面，避免造成附带的损害。由于这方面以及其他的原因，使得国防部非常需要一款激光武器，而DARPA则计划为它们开发一款。Excalibur项目就是开发比现有战斗激光武器轻十倍、而且几乎可以手持的激光武器。DARPA想要使这些具有100KW电量的产品，用于精准打击地面和空中的目标。

2.像透析一样清洁血液的方法

仅2009年一年，血液感染就影响了美国逾1500名军事人员。DARPA正在开发一款便携式设备，可以从体内清除受到感染的血液和有害物质，将干净的血液返还到体内，这与使用透析设备将人体血液内毒素移除的方法类似。

研究人员非常注重该项目的民用价值。DARPA声称，该款最终的产品在美国每年将可挽救数千人的生命，节省支出达数十亿美元。DARPA计划在2012年秋天开始生产这种便携式设备。

3.纳米机器人监测人体健康

尽管对于疾病进行外部监测非常重要，但DARPA正在研究一种内部监测的方式，以便发现一个人是否生病。

Vivo Nanoplatforms项目正试图研发纳米粒子类别，以便在内部判断和治疗疾病与感染。DARPA正针对大型动物进行完整的系统论证。

4.无需笨重、易坏的风扇，系统在芯片内部进行冷却

电脑上噪音极大、并且容易损坏的风扇，是高效运转芯片不至于过热的必要保证。随着集成电路越来越紧凑，这些芯片运行的温度也越来越高。因此对于散热的需求也在快速增长。

这也是DARPA通过芯片内部增强冷却(Intrachip Enhanced Cooling)项目介入的领域。该项计划放弃了通过空气来冷却芯片的想法，而考虑在芯片上嵌入热量管理系统。

DARPA现在正在尝试这一提议，而这个解决方案有可能会让电子行业“过热”。

5.超低价的热成像系统

热成像拥有多种军事用途。但该项技术仍然相对昂贵，这阻止了美国国防部对该技术的大量使用。

低成本热成像仪(The Low Cost Thermal Imager)制造项目，试图使这一技术变得更加低廉，可以利用。DARPA认为，热成像产品没有理由不被应用于手机、眼镜、步枪瞄准镜以及头盔等产品之中。

由于DARPA的目标是在芯片上加入一个摄像头，因此新技术可以在众多领域里应用。

6.DARPA想要开发一种基因机器，批量生产基因疗法

对于一个新生物学发现所需的大量资源，国防部并不认同。开发一种单一的疗法并进行大规模的生产，需要花费数年的努力以及数十亿美元的投入。例如从细菌分泌物中提取的抗疟疾药物等等。

通过Living Foundries项目，DARPA想要开发能够指导和设计生物学的技术和新学科。这一项目雄心勃勃。但至少可以这样说，大规模生产生物解决方案的可能性非常具有诱惑力。

7.将科技与神经系统完全整合

人工耳蜗可以使耳聋的人听到声音，受到人工耳蜗植入技术成功的启发，DARPA也非常热衷于半机器人(cyborg)技术。对于人类而言，技术改进面临的最大障碍就是人与机器的结合。

DARPA旗下研究的“可靠神经接口技术”(Reliable Neural-Interface Technology)项目想要研发可植入物和相关的改进，以便使其可以长期连接到人类的中枢神经系统。该项技术的民用前景也很广阔，可以最终应用于医疗和投机娱乐领域。

8.定位、导航和定时微技术

美国国防部的许多硬件产品都依赖于GPS，当你意识到这种依赖性有多么的严重性时，就会发现一个问题：存在干扰系统或者服务偏弱的地区，可能会使功能上需要稳定GPS连接的武器处于瘫痪状态。

DARPA旗下的定位、导航和定时微技术(Microtechnology for Positioning, Navigation, and Timing)项目，设计了一个解决方案。它的目的是对硬件进行设计，使依赖于GPS的技术在没有信号的状况下能够继续工作。它将根据最后已知的位置、轨迹、速度和类似信息，计算出GPS将要提供的信息，以便取代GPS的硬数据。

该项技术有多种民事用途。想象一下，在地铁里信号不好的区域，使用谷歌地图服务。

9.确保进口芯片不是赝品和废品

美国多数原材料生产外包给海外生产，对于使用进口集成电路开发的系统，其可靠性令美国国防部心存疑虑。

由于美国国防部无法精确地对每块芯片的生产进行监控，因此DARPA正在开发集成电路完整与可靠性(Integrity and Reliability of Integrated Circuits)项目，以便在不破坏单个电路的情况下，通过技术获得电路的功能信息。这意味着DARPA将可以对一个电路进行查看，确保其准确按照指定要求工作。

该项技术也可能应用于民用领域，保证用户的电脑硬件中没有键盘记录器，或者不是假货。此外，如果该项技术能够商业应用，那么也可以用于计算机维修领域。

10.轻松检测生化武器攻击的方法

目前对于化学和生物武器检测所需的技术庞大、繁重而又昂贵。DARPA旗下的紧凑中型紫外线(Compact Mid-ultraviolet)技术项目，使得对于这种武器的检验更加简洁和移动化。该项目的目的是开发一款使用紫外线灯光的设备，而该项目的任何进展，都将可以用于饮用水净化和生化武器追踪领域。

11.使计算更加节能

计算速度是以每秒浮点运算次数(Floating-Point Operations Per Second)来计算，也就是计算每秒系统可以进行简单计算的次数。现在此类计算通常是在每秒十亿次浮点计算次数区间进行。每秒浮点运算次数的能耗也非常重要，是对能量有效使用的一种衡量手段。那么如何使性能与改善能量消耗保持关联呢？

DARPA想要把现有每瓦1 gigaflop的标准，扩展至每瓦75 gigaflops。嵌入式计算技术节能(The Power Efficiency Revolution For Embedded Computing Technologies)项目则有望彻底改变对于能源的消耗。

如果该项目取得成功，可节能7500%，可使智能手机连续待机数周，而笔记机充电的时间将与为普瑞斯加油的频率一样。

12.尖端纳米加工项目

DARPA对于纳米技术投资巨大，其核心概念已经得到证实，该项技术具有可行性，但仍面临的困难是进行批量生产。

在尖端纳米加工(Tip-Based Nanofabrication)项目中，DARPA正试图使对纳米级材料的可控制生产成为一种现实。已经证实纳米管“森林”可以增长，而控制和管理这一增长，是这个项目的目的。如果该项目取得成功，一个全新的技术领域则敞开了大门。纳米管、纳米线和量子点的可控制生产，将能从现在不可用的原材料中打造纳米机器。医学与消费者技术领域正急于等待这一研究结果。

13.高效、高能量激光对无人飞机进行保护

正如你所知道的，DARPA非常热衷于激光技术。DARPA计划将不同波长的激光操作合并成单一的光束，以便提高光束的强度。DARPA想要研制一个可以保留单一强度光束的高效激光。

二极管高能激光系统架构(Architecture for Diode High Energy Laser System)项目的目标是打造一个全新的高强度激光，可以立即应用于无人驾驶飞机上，对遇到的攻击进行防卫。

对于民用而言，激光已经被广泛应用于工业领域，一款更好的激光产品，可以拥有更大的商业前景。

14.三维集成电路

集成电路总体而言都是二维对象，DARPA则想跳出这一局限，试图开发三维集成电路。

DARPA项目如果成功则意味着，由于一个重要的限制已经被打破，计算机的运行将会更加快速。阻碍二维集成电路进一步增长的一个因素是，集成电路的复杂性不断扩展，使得在二维电路板上没有运行所有必要连接的空间。

三维概念化电路尽管难以实施，但将允许DARPA扩展集成电路技术，并使其更加紧凑。

15.Ultrabeam是首个伽马射线激光，可能将永远改变医学领域

DARPA现在拥有大量正在研发的激光项目，但该项技术可能拥有部分最为广泛的民用空间。

Ultrabeam是首个伽马射线激光。美国军方热衷于Ultrabeam是因为X射线可以用于对感兴趣的材料进行检测，像对进口的集成箱，和入境人员进行检测等等。在医学领域，它的潜力巨大。简洁的伽马射线激光器可以使新型的放射疗法和诊断工具得以应用。

16.试图在美国重新设计和生产集成电路

现在几乎全部集成电路板的原材料都是在海外进行生产，这是大规模生产计算机产品廉价、高效的方式。这对于美国国防部而言，可能潜在着一个巨大的威胁，因为使用DoD技术的多数原材料来自于美国本土以外，并以商业形式进行购买。这也是为什么DARPA拥有自己的LEAP项目，并试图重新在美国研发集成电路的原因。

该项目允许美国高校、研究机构和美国国内的开发商接触DoD半导体材料，以希望美国制造的集成电路将很快上市。

17.让高级、发热量大电路冷却的新方法

随着集成电路日趋变小和日益紧凑，它的发热量也变得越来越大。集成电路会很快变热，高温可以烧坏一个集成电路，因此需要风扇和散热技术。但美国国防部需要的不仅仅是这些。

DARPA旗下热量管理技术(Thermal Management Technologies)项目正在测试5种不同的方式，以使系统冷却。这些方式包括热管适应技术(heatpipe adapted technology)、冷却微技术(cooling microtechnology)、新型材料(new materials)、热电冷却器(thermoelectric cooler)、升级版功率放大器(upgraded power amplifier)。

在散热领域里的多数科学进步，都可以应用于消费者电子领域。