外军军事医学前沿技术与装备研究

李 鹏，刁天喜，吴 东

外军军事医学前沿技术与装备研究

李 鹏，刁天喜，吴 东

介绍了外军军事医学与装备年度发展概况，分析了外军军事医学与装备年度发展特点，重点分析了该领域出现的新概念、技术和装备,得出了相关技术发展趋势以及可能的军事意义，以期对军队相关装备的研究起到一定的启示作用。

外军军事医学；技术装备；前沿领域；情报分析

0 引言

科学技术的进步是装备战技术指标提升的根本动力，科学技术驱动装备更新换代。因此，跟踪研究装备研发领域中的前沿理论和技术等相关最新科技成果，对于指导装备发展、提升装备战技术指标和性能至关重要。

1 外军军事医学与装备发展概况

军事医学技术是指能维持、改善和提高部队战斗力的相关技术。随着生物交叉技术、生物材料技术、聚合技术的出现和发展，军事医学技术的研究对象范围已大大扩展，部队人员、后勤装备和武器装备等都是其研究对象。军事医学技术推动装备的发展主要表现在2个方面：一方面，相关军事医学技术能直接提高或增强武器装备的战技术性能和指标；另一方面，相关军事技术能提高战场作战单兵的综合能力和素质，进而改变作战模式和方式。近年来，国外在装备发展领域出现了许多新概念、技术、材料和工艺等，总结起来主要有以下几方面。

1.1 技术出现领域

2012年，美国防部高级研究计划局（defense advanced research projects agency，DARPA）提出“思维头盔计划”，该计划的目的是通过读取和识别人脑电波，开发出能辅助战场士兵决策的装备；2013年，DARPA提出“阿凡达计划”，目的是打造一支可人脑远程控制、“零伤亡”的机器人作战军团；同年，DARPA在其2012—2013财年预算中列入一项预算金额为400万美元的预研科技项目——“心理幻觉武器”，目的是操纵对手的感官知觉，从而取得战争胜利；同年，荷兰研究人员还进行了“防弹皮肤”生物材料工艺的研究，未来防弹装备研发领域将出现新的突破。

1.2 技术突破领域

美国科罗拉多大学研究人员利用特殊植物在受到萜烯类化合物释放物激发时作出反应的原理，设计能够用来反恐的植物；埃及研究人员在植物指示潜在威胁和细菌排雷研究领域取得了重要进展；美国爱荷华州立大学研究人员发现了蜘蛛丝在导电方面具有的独特优越性；麻省理工学院的研究人员利用深海细菌吸收弱光的强大能力，研制“太阳能细菌电池”；DARPA启动基因改造计划，目的是通过基因选择和修改技术打造可以连续数天不吃饭和具有断肢再生功能的“超级战士”；仿生机械领域出现了很多新产品，如病原菌侦查机器人、扑翼机器人等。

1.3 技术应用领域

2012年，毫米波远程生物特征识别和跟踪系统（millimeter wave remote biometric identi-fication and tracting，MMWRBIT）取得突破，它能帮助识别可疑敌方人员和恐怖分子，该系统于2012年10月开始部署于美国各重大安全领域；由美国国家航空航天局和佛罗里达州人机认知机器研究所共同开发的太空机械外骨骼取得成功，并将很快应用于航天领域；法国研发出一种名为Second-Sight的立体式远程摄像监测仪，可实时监控任何有毒工业气体或者化学气体的泄露，并能提供及时预警。

2 外军军事医学与装备发展特点

近几年，军事医学技术在装备研发领域的技术成果主要表现在进行人体效能提升、开发智能化战场辅助装备、进行装备微型化电池基础研究、研制微型仿生侦查装备、发展仿生伪装材料等，归纳起来主要表现在以下3个方面。

2.1 开辟新的模式，着力提升人的能力

机器人一直是装备研发的一个重要领域，如侦查机器人、救护机器人、后送机器人等。2012年，DARPA第一次提出将机器人用于未来作战，即作战机器人，其作战指令来自人脑，相关技术为人脑远程控制技术，该设想的提出改变了人们对未来战场和未来作战模式的认识。在提升人的能力方面，开发具有脑电识别和决策功能的思维头盔、研制功能更多的机械外骨骼等，目的是最大限度地提升战场作战人员的综合能力和素质。而通过基因技术打造的“超级战士”，则是从人体基础机能上提升单兵的能力和素质。

2.2 着眼装备模块，提高装备战技术指标

笨重的电力保障模块一直是制约装备轻型、便携化发展的主要因素，因此，发展功率大、体积小、质量小的新型电池组成为解决装备轻型便携化发展问题的关键。新型微生物电池具有小巧、轻便等特点，成为该领域关注的焦点。目前，美军依靠麻省理工学院等知名高校进行了前期基础研究。研究人员也积极探索蜘蛛丝在军事领域的应用，如防弹背心、抗菌杀毒、船舶羽翼等。蜘蛛丝的导电特性在装备电子系统领域的应用主要表现在2个方面：一方面，可以提升装备电子系统的性能；另一方面，可替代传统金属材料，达到降低装备质量的目的。

2.3 加强仿生技术研发，注重装备灵活机动

仿生技术是工程技术与生物技术相结合的交叉学科，其研究对象是自然界中的各种动物。目前，对仿生技术的研究主要涉及2个领域：一个是仿生材料，另一个是仿生机械。“防弹皮肤”是一种通过将蜘蛛丝与山羊奶混合而制造出的比Kevlar纤维还要坚固的山羊蜘蛛丝织物将其与人类皮肤混合，可以获得具有防弹功能的材料。仿生机械方面，通过模拟鱼类利用腹鳍摆动而在水中前行的原理，既能研制出适合在近岸浅海处进行侦查的水下装置；又能研制出模仿蜜蜂、扑翼等不受气流影响而在空中长时间停留的微型无人侦察飞行器。

3 外军军事医学与装备发展重点

3.1 人脑控制技术

人脑远程控制技术实施的目的是打造一支可人脑远程控制的机器人作战军团。其技术原理是：以人脑电信号为信息载体，通过直接采集来自大脑的神经元信号，并将其转换为机器人能识别的输出指令，然后将输出指令通过脑机接口传递给战场作战机器人，以实现对远程作战范围内机器人的控制[1-2]。人脑远程控制技术提出的背景源于美军“技术制胜”的军事战略思维，由美国防部于2013年3月份提出，项目名称为“阿凡达计划”。人脑远程控制技术涉及神经科学、计算机、生物工程、人工智能、传感器等多个领域和“读脑卡”、“操控术”等多个技术环节[3-4]。该项研究最初是以老鼠、猴子等为研究对象[2]，通过采集和识别其脑电波，然后完成相应的动作指令，如图1所示。

图1 脑控技术原理及示例

同时，一项由美国国立卫生研究院、美军海军研究所和DARPA共同资助，麻省理工学院林肯实验室负责的“植入式脑机接口葡萄糖燃料电池”项目实验也取得成功，解决了未来人机接口的电力保障问题，如图2所示。

图2 植入式脑机接口葡萄糖燃料电池

“阿凡达计划”的提出从根本上转变了人们对未来战争模式的思考。因此，脑控技术、神经接口技术等都将是军事医学领域未来的研究重点，加快进行该领域的基础研究是取得未来战争主动，赢取战争胜利的关键。

3.2 装备电池模块

新型微生物电池是指选择病毒和细菌类中的有益且对人体无害的微生物，利用其强大的繁殖和复制能力，通过基因工程设计而产生强压电效应，进而产生电量[5]，其功能结构如图3所示。

图3 微生物电池功能结构

微生物电池具有小巧、轻便等优点，能解决单兵在行进和作战过程中碰到的设备电力装备数量多、体积大等缺点，从而减轻通信类电子装备电力模块的质量，提高作战效率。该项研究由美国陆军研究办公室协作技术研究所和美国国家科学基金会资助，麻省理工学院负责技术研发，并取得了一定成果[6]。2009年4月，麻省理工学院的研究人员利用M13噬菌体以及碳纳米管研制出一款“病毒电池”；2012年，麻省理工学院的研究人员利用深海细菌吸收弱光的强大能力，开始尝试研制“太阳能细菌电池”[5]；美国宇航局设计了一种利用芽孢杆菌发电的方案，利用微生物中的芽孢杆菌来处理尿，生产出氨气，以氨作为电极活性物质，就得到了微生物电池，这样既处理了尿，又得到了电能[7]，如图4所示。

图4 可发电的芽孢杆菌

3.3 仿生侦查装备

仿生机械技术是指模仿动物爬行、昆虫飞行以及鱼类潜水的原理，研制出一类能在复杂环境和地域中执行侦查、探测任务的机械动力装置。仿生微型无人飞行器是指一种模仿昆虫、鸟类的飞行原理，能在空中长久停留，具有潜在军事侦查功能的无人飞行装置。2011年2月，研究人员研发出一种既能在空中长久停留，又不受气流影响，模仿鸟类及蜜蜂飞行的无人驾驶飞行器，如图5所示。

2011年8月，英国牛津大学科学家设计出革新性的扑翼用于制造仿昆虫微型飞行器。该研究成果引起了北约、美国空军和欧洲宇航研发办公室的关注，如图6所示。如果取得突破，其将在军事侦查、危险因素探测等领域发挥巨大的作用。仿生侦查装备以其小巧、灵活的优点成为侦查、探测装备研发领域的一个热点。

图5 蜜蜂及飞鸟类无人飞行器

图6 扑翼微型飞行器

3.4 生物工程防弹材料

防弹材料研究是装备研发领域的重要方向。研究人员尝试利用蜘蛛丝的物理化学特性，通过一定的设计和加工得到坚固度非常高的材料，然后将该材料与人类皮肤混合而得到“防弹皮肤”新材料。该材料不仅能作为装备的防护材料，而且极有可能作为皮肤组织植入人体。“防弹皮肤”属于人造皮肤的一种，人造皮肤最初的需求背景源自对烧烫伤和战伤受损皮肤进行寻找合适的皮肤组织时遇到的痛苦和困难，其概念最早由医学家伯克于1981年首先提出。发展到现在，人造皮肤已经不再仅仅满足于组织再生功能，其功能得到无限的扩展，例如，皮肤可拉伸、具有触觉感知，甚至具有防弹功能。这项名为“蜘蛛丝工程”的研究项目是由荷兰法医基因组学联盟支持的，又名“2.6 g 329 m/s工程”，目的是通过将山羊奶与蜘蛛丝材料混合，制造出10倍于钢铁硬度、4倍于防弹背心所用的Kevlar纤维坚固度的山羊蜘蛛丝织物，然后将该织物与人类皮肤混合，从而获得具有防弹功能的皮肤。“2.6 g 329 m/s”是指点22口径步枪子弹的质量和速度，因此该“防弹皮肤”的要求就是能阻止速度在329 m/s内的子弹穿过，如图7、8所示。

图7 子弹击中前瞬间

图8 子弹被阻止在皮肤材料内

未来“防弹皮肤”将会在防护背心、防护头盔等防弹装备研发领域展示出很大的应用潜力和价值，如果“防弹皮肤”能植入人体组织，还可以将蜘蛛丝的基因与人的基因进行结合从而打造出“防弹人”。

3.5 远程生物识别技术

远程生物识别技术是借助红外穿墙雷达、多普勒和电子传感器等设备，对人体自身发出来的生命信号，如心跳、呼吸以及红外辐射等进行人员发现和生命迹象探测的技术。该项目由阿贡国家实验室和美国西北大学共同研制，是第一个基于毫米波技术的人体心跳、呼吸和身体运动的远程识别和跟踪系统，具有便携、远程监测、反应时间短、环境适应能力强等优点，可用于生物安全识别、战场伤员鉴别分流、灾后搜索重要生命迹象、监测患者的心脏状况和行动。2012年4月，MMWRBIT取得突破，毫米波远程生物识别和跟踪是一种利用毫米波信息容量大、抗干扰性好、灵敏度高的优点，通过对人体各项生理参数和指标进行识别和跟踪，以达到对人体各项行为举止进行实时监控目的的技术，如图9、10所示。

图9 系统工作状态

图10 系统结构和应用领域

4 结语

通过分析军事医学技术当前研究领域和研究重点，可以看出加强前沿技术创新研究是取得技术领先的关键，美军“阿凡达”计划一经提出便引起广泛关注，未来随着脑机接口、脑控、神经接口等理论和技术的发展，必然会催生新的作战理念和作战方式。首先，应做好顶层设计，进行前沿技术研究，这是赢取主动、取得战争胜利的关键。其次，提升装备伪装防护能力也是研发设计中不可忽略的方面。装备的生存能力主要体现在装备的伪装防护和抗炮火攻击2个方面。伪装防护能力体现在最大程度避免被侦查到，抗炮火攻击能力则体现在被发现后最大程度地减少装备损毁。美军陆军研究办公室、海军研究办公室、空军研究办公室都特设有装备防护材料研究小组，目的是研究如何将最新的技术、材料和工艺运用到装备的生存防护能力上。最后，应依靠高校进行基础研究。在美军所有的研究项目中，83%左右都是在军方的资助下，由麻省理工学院、哈佛大学等研究实力较强的高校完成，特别是基础性研究和军民两用性研究，基本都是交给地方大学完成。因此，我们要转变研究思路，充分利用地方高校硬件实力强、人才队伍综合和科研思路创新的优点，积极进行前沿基础研究。

[1]Vallabhaneni A.Brain-computer interface[J].A Vallabhanenietal，2011，3：85-122.

[2]Donchin E.The mental prosthesis：assessing the speed of a P300-based brain-computer interface[J].IEEE Transacyions on Rehabilation Engineering，2000，2（8）：174-179.

[3]Burns J.Brain waves can cut braking distance[EB/OL].（2011-07-29）[2012-10-19].http：//www.bbci.de/.

[4]Wolpaw J R，Birbaumer N，McFarland D J，et al.Brain-computer interfaces for communication and control[J].Clinical Neurophysiology，2002，113：767-791.

[5]Pattekar A V.A microreactor for hydrogen production in micro fuel cell applications[J].Journal of Microelectromechanical System，2004，1（13）：7-18.

[6]Christopher J.Brigham bacterial carbon storage to value added products[J].J Microbial Biochem Technol，2011，S3：1-13.

[7]Tervest M A Li.Development of bacteria-based cellular computing circuits for sensing and control in biological system[M].Washington DC：Biomolecular Information Processing，2003：256-277.

（收稿：2013-08-17 修回：2014-03-04）

（栏目责任编校：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

总装基础管理中心（JDJYS20121）

李 鹏（1983—），男，博士，助理研究员，主要从事情报追踪、分析与发展战略研究方面的工作，E-mail：58301561@qq.com。

100850北京，军事医学科学院卫生勤务与医学情报研究所（李鹏，刁天喜，吴 东）