美国生物科技的发展动向、创新管理与军事潜能——以美国国防高级研究计划局(DARPA)为例*

贾珍珍

(国防科学技术大学 人文与社会科学学院，湖南 长沙 410073)



美国生物科技的发展动向、创新管理与军事潜能
——以美国国防高级研究计划局(DARPA)为例*

贾珍珍

(国防科学技术大学 人文与社会科学学院，湖南 长沙 410073)

生物科技的发展及其与信息、纳米、认知等技术的融合，对于提高武器装备性能与增强士兵作战能力有着重要作用，并预示着生物科技将成为未来军事技术发展中一个强力的“助推器”。为此，聚焦美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)在生物科技领域的创新研制，从DARPA在生物科技领域的发展动向、创新管理与军事潜能三个方面入手，探索美国未来生物科技发展的内在规律及其对人类军事技术革命带来的影响。

生物科技；创新研制；美国国防高级研究计划局

一、引言

《孙子兵法》中云“知己知彼者，百战不殆。”这句古人对于战争艺术的赞誉之辞在信息技术高度发达的今天已不再是什么困难的事情，对于一位精通信息技术的普通士兵，也有可能在舒适的环境中“运筹帷幄，决胜千里”。在信息化战争中，人类个体逐渐从“前线”退离，而进入“后方”的技术堡垒之中，这不仅意味着外在武器装备的改良升级，更意味着士兵认知、生理等内在能力的增强。近年来，有关生物科技方面的研究逐渐成为各国关注的焦点。2014年4月1日，美国DARPA成立生物技术办公室(BTO)，主要进行生物学、工程学和计算机科学的交叉研究，旨在借助最新的生物学研究成果保障国家安全，维护美国国家利益。2015年3月26日，DARPA官网发布DARPA两年一版的《保障国家安全的突破性技术》(Breakthrough Technologies for National Security)报告。报告中，DARPA重点关注四个领域：复杂军事系统再思考(Rethink Complex Military Systems)、信息爆炸主宰(Master the Information Explosion)、生物技术利用(Harness Biology As Technology)、技术前沿扩展(Expand the Technological Frontier)。[1]82016年2月，DARPA生物技术办公室(BTO)发布了《生物控制》(Biological Control)报告，旨在为生物系统控制建立新的跨尺度能力——从纳米级到厘米级，几秒到几周，生物分子到生物族群——运用生物材料的嵌入式控制器来运行系统行为。[2]4以此为美国生物科技的发展打下坚实的基础。

二、美国生物科技的发展动向

美国国防高级研究计划局(DARPA)为直属于美国国防部的一个创新研发机构。自1958年成立以来，它一直秉持“保持美国的技术领先地位，防止潜在对手意想不到的超越”的宗旨，在促进美国军事技术创新方面取得了非凡的成就，直接奠定了美国在全球的军事优势。2016年2月，美国国防部公布2017财政预算申请，其中DARPA的科研经费预算达29.7亿美元，而生物科技领域[3]2为重点投资的关键领域，并决定着美军武器装备性能和部队作战能力的高低。从近期DARPA在生物科技方面的创新计划入手，可以将其生物科技的发展动态概括为：认知神经科学、仿生材料与系统、生物合成与制造、生物传感与生物计算和人—机—环前沿技术五个方面。

1.认知神经科学

大脑是高级动物体结构和功能最为复杂的器官，也是人与一般动物的典型区别。大脑由1千亿个神经元细胞和其他类型的细胞相互连接，从而形成结构复杂、功能强大的网络体系。从19世纪的颅相学，到21世纪日臻成熟的神经科学，再到如今的“脑科学时代”，人类从未停止过探索大脑认知神经的步伐。在军事领域，认知神经科学可以被概括为“保护脑、增强脑、干扰脑”三个方面，即利用生物技术、信息技术等最新研究进展来增强战斗人员的认知能力，并能有效地防御敌方对我战斗人员的认知干扰行为。DARPA在认知神经科学领域的创新计划主要有：学习加速计划(Accelerated Learning)、认知技术威胁告警系统计划(Cognitive Technology Threat Warning System，CT2WS)、机动性和操作性最大化计划(Maximum Mobility and Manipulation，M3)等。这就为美军智能作战辅助的构建及未来“制脑权”战争的实现提供了技术前提。

2.仿生材料与系统

师法自然。大自然中的生物在“物竞天择、适者生存”的进化规律下，显现出非凡的创造力，并因此在一定程度上成为科学家们进行技术创新研制的“灵感来源”。在军事领域，仿生主要指的是从生命体的智能现象中汲取灵感，[4]36揭示出自然现象中的规律，进而为军事技术的创新研制提供基础。DARPA在仿生材料与系统领域的创新计划主要有：仿生光子学计划(Bioinspired Photonics，BiP)、纳米飞行器计划(Nano Air Vehicle，NAV)、Z-战警计划(Z-man)等。以Z-man计划为例，它根据仿生学原理，使士兵在不借助任何梯子、助绳之类爬行工具的条件下，就能够攀爬上垂直的高墙，从而提高了作战的机动性与装备的防护能力。从DARPA的创新计划来看，仿生材料与系统已逐步多样化与智能化，并已展现出许多实质性的进展。

3.生物合成与制造

2015年，美国国防部在其2013-2017年科技发展的“五年计划”中，提出未来重点关注的颠覆性基础研究领域(Six Disruptive Basic Research Areas)。其中，合成生物学(Synthetic Biology)被予以高度关注。在军事领域，生物合成与制造主要体现在高价值材料和设备的“按需生产”，以及伤员的快速损伤修复上。DARPA在生物合成与制造领域的创新计划主要有：活体内纳米装置计划(In Vivo Nanoplatforms，IVN)、生命工厂计划(Advanced Tools and Capabilities for Generalizable Platforms，ATCG)、革命性义肢计划(Revolutionizing Prosthetics)等。以ATCG计划为例，它是DARPA在2012年开展的旨在利用生物合成技术，开发基于生物学的制造平台，生产、开发新型材料、功能和制造模式的生物科技计划。较之传统的开发模式，ATCG将在时间与成本上压缩至少10倍，这将给美军生物科技领域带来新一轮的变革。

4.生物传感与生物计算

生物传感与生物计算是生物技术与信息技术相融合之下的一个新兴产物。目前，计算机普遍存在能耗高、数据密度低等问题，成为信息技术发展的一个重大瓶颈。生物传感与生物计算能够有效地解决这些问题。生物计算机的诞生，将能够使计算机的能耗比现有计算机的能量消耗降低至少2个量级，储存数据能力将提高12个量级，并行度也将提高10个量级，在信息通信、信息存储、信息保密方面都具有巨大的潜力。DARPA在生物传感与生物计算领域的创新计划主要有：七天生物防御计划(7-Day Biodefense)、抗体技术计划(Antibody Technology Program，ATP)、生物长期性计划(Biochronicity)等。复杂的军事行动需要信息系统精确的信息感知、处理与传播能力，生物传感与生物计算的发展，使得信息在复杂环境下依然能够有效地协调和控制，这在很大程度上提高了信息在军事任务中的应用程度。

三、美国生物科技的创新管理

生物科技的创新研制与机构的组织管理有着密切的关系。DARPA在技术创新领域成功的关键因素之一，在于它能汇聚完全迥异的能力与技能，形成一体并产生无法抗拒的力量。为避免纷繁杂乱的行政事务的干扰，获得“脱离官僚制度束缚的自治和自由”，[5]4DARPA在其组织的创新管理上自有一套“异于常人”的体系。如今，对DARPA的科技创新体制研究亦成为各国学习的典型。以下将DARPA对生物科技的创新管理分为四个方面论述：DARPA的历史沿革；DARPA的组织架构；生物技术办公室的建立；生物科技的项目管理与监督。

1.DARPA的历史沿革

1957年10月4日，苏联将人类第一颗人造卫星——“Sputnik-1”升上了天空。美国开始感到不安，因为这意味着军事上的巨大威慑已经形成。在舆论的压力之下，美国政府陷入了前所未有的困境，在所有公开露面的场合，时任总统艾森豪威尔(Dwight David Eisenhower)都会受到关于苏联卫星问题的狂轰滥炸，同时他还受到了国会的质询。尽管国务卿杜勒斯(John Foster Dulles)为艾森豪威尔准备了一份应对提问的“答辩”，这样的做法也并未得到公民的赞同。相反，他们纷纷提出尖锐的问题，质问总统苏联的人造卫星技术的威胁和美国在该领域处于下风的尴尬现实。美国因此陷入长约五年的对苏联的“卫星差距”、“导弹差距”、“技术差距”、“教育差距”、“威慑差距”等的差距恐慌之中。[6]在此背景之下，艾森豪威尔政府采取了一系列实质性的措施，如建立统一、直接的指挥命令系统；参谋长联席会议作为一个单位，帮助国防部长控制只有经他批准才能行动的各个新的统一指挥部；解除三军部长对军事行动的直接责任，他们应主要致力于处理本部的行政、训练和后勤事务；改组防务研究和研制部门，加强国防部长对它们的控制；改变三军各部独立行政的法律条款，加强国防部长的权力等，而成立DARPA则是这一系列措施中至关重要的一项。在历经波折后，1958年2月7日，美国国防部发布第5105.15号指令，宣布高级研究计划局(Advanced Research Projects Agency，ARPA，DARPA的前身)成立。在DARPA成立的近六十年里，它不仅在美国早期的太空领域扮演了重要角色，而且还成为了全球卫星定位系统、隐形飞机及互联网前身的缔造者，无论是在军事领域还是在民用领域，都取得了一系列的傲人成就，并由此奠定了其“技术引擎”的重要地位。

2.DARPA的组织架构

DARPA在组织架构上由局长办公室、业务办公室及项目办公室三级组成。其中，DARPA局长办公室设局长、副局长各一人，主要职责为监督DARPA全部技术领域的发展和行政事务管理。[7]70-71业务办公室是DARPA组织架构的核心，主要分为三类：一是技术办公室。目前包括：国防科学办公室、生物技术办公室(Biological Technologies Office)、信息创新办公室(Information Innovation Office，IIO)、微系统技术办公室(The Microsystems Technology Office, MTO)、战略技术办公室(Strategic Technology Office, STO)、战术办公室(TTO，Tactical Technology Office)；二是专项计划及技术转移办公室，主要负责临时性的专项计划和技术转移工作；三是职能保障办公室，主要负责DARPA的任务服务、行政管理、合同管理、人力资源等保障。DARPA在组织架构上的特征可以概括为：机构设置精简、部门适时变化、人员定期调整。

机构设置精简。DARPA在机构设置上呈现出典型的扁平化特征，即在项目经理与DARPA局长之间只相隔一个中间管理层——项目经理所在技术的办公室主管。正因此，一位项目官员要决定是否资助某个项目，只需要说服两个人：自己所在技术的办公室主管和DARPA局长。也正因为如此，项目经理有非常大的自主权去识别和资助本人所负责领域内的相关技术项目。一方面，结构的精简为DARPA避免了项目研制过程中许多冗杂的官僚体制影响；另一方面，结构的精简也使得组织成员能够更好地建立起共同的方向感和增进彼此的了解。

部门适时变化。由于美国国家安全面对的威胁随时有可能发生变化；与此同时，DARPA所面对的技术机遇也不是一成不变的。因此，DARPA各部门的角色和任务必须适时发生变化。换言之，DARPA的组织机构是不固定的，它将依据新机遇的预见、关联度和反应的原则而设立和撤销。事实上，在DARPA成立之初即显示出与其它国防研究组织的明显差别，它没有实验室，不为确定了任务要求的军事项目服务，脱离了其他运作或组织要素。此外，如今高新技术交叉融合式发展的势头，也是造成部门变动的一个影响因素。因此，在形式上，DARPA不再拘泥于传统上以集约式管理为手段的固化结构，而是依循实际的需求进行动态地调整，从而更加有利于创新行为的顺利进行。

人员定期调整。DARPA专门设立了面向优秀青年专家和优秀团队的研究项目，吸引高校和各类研究机构、企业的优秀人才参与国防科研工作。同时，为保证研究项目的高水平运转，DARPA对研究人员的轮换不会超过六年的时间。一方面，可以推测这种传统的初衷在很大程度上与避免官僚主义、保持结构精简有关系；另一方面，这种不断注入的新鲜血液在对技术创新的推动方面也是十分有益的。如DARPA第十八任局长安东尼·特瑟(Anthony Tether)曾说的：“这种定期的更换意味着，在十年的时间里，一些人可能会带着我们以前尝试过但未成功的思路加入DARPA，而周围的人对他们的思想不会有异议。正因为如此，DARPA与其他地方是不同的。”

3.生物技术办公室的建立

在生物技术办公室成立之前，DARPA在生物科技领域的创新研究是相对分散的。如DSO中的神经系统科学研究、生物学研究；MTO中的生物平台研究；STO中的环境改造研究等。直到BTO成立后，才将这些传统的生物科技与新兴的交叉性科学领域整合到一起，从单个细胞到复杂的生物系统，再到这些生物体存在的宏观和微观环境，其研究范围十分广泛。BTO的职能主要有：恢复和保持士兵的作战能力；管理生物系统；将生物系统的复杂性延伸到空间、时间和物质。[8]14-15从BTO的职能可以看出，一方面，神经科学与脑科学仍然是DARPA在生物科技的创新研究中重点关注的领域。大脑与外界的交流、大脑指导个体行为、大脑做出决策的时间问题等影响士兵战斗力的重要因素，在信息战中仍然将发挥关键性的作用。另一方面，多样化、智能化，以及交叉融合的发展将是生物科技的未来趋势，这也预示着在未来一个促进生物科技领域全面发展的新的生物科技体系的出现。

4.项目的管理与监督

DARPA的项目管理与监督可以归纳为：项目产生—项目决策—项目的监督与评估三个阶段。在项目产生阶段，DARPA采用由下至上的方法发现新的思想，同时采用自上而下的方式，提出技术难点问题。具体而言：DARPA的项目管理人员通过与许多不同的人员和团体对话的方式确定技术难点。这个过程包括：由国防部长专门分配任务；由各军种的部长、参谋长联席会议主席和联合作战司令提出需要帮助的要求；征求高层军事领导的意见；研究最近的军事行动，找出限制美国部队能力和缺乏好的思想的情况；与国家空间情报局、国防威胁降低局、国防信息系统局和国防后勤局等国防机构进行讨论；与情报机构进行讨论；与其他政府机构或非政府机构进行讨论；参观军种举行的演习和试验；DARPA自主提出等。在项目决策阶段，在构想得到DARPA局长、技术办公室主任等人的肯定后，项目的解决方案将会通过发布综合性布局通告的方式征集，进而交由相关科学审查团队进行严格的论证与监督。最终，DARPA的项目将会由多家大学、研究机构、企业及公司共同承担。

四、美国生物科技的军事潜能

恩格斯曾说：“一旦技术上的进步可以用于军事目的并且已经用于军事目的，它们便立刻几乎强制地，而且往往是违反指挥官的意志而引起作战方式上的改变甚至变革。”[9]211生物科技领域的创新研究是人类认识自然和自身的终极疆域，而这一领域的突破性进展必将波及军事领域。从DARPA在生物科技领域的高度重视，及其围绕生物科技展开的一系列战略部署，可以预示生物科技领域在未来战争中的战略风向标意义。美国生物科技的军事潜能可以概括为三个方面：国家安全的技术支撑、武器装备的创新保障、信息战士的能力要求。

1.国家安全的技术支撑

DARPA现任局长阿尔提·普拉巴卡(Arati Prabhakar)曾在国会众议院听证会上指出：“生物是大自然的终极创新者，任何创新都应该利用系统复杂的生物学大师来获取灵感与解决方案。”[10]2生物科技的创新发展，影响着全球军事变革的走向，并带来安全层面上的新挑战。从作用对象而言，生物科技将对人的影响置于前所未有的高度，战争将围绕人的属性与人的生命意义而完整展开；从作用范围而言，未来的作战空间将从生物体的生物空间拓展开，生物科技将会与人类生活产生密切的关系，并将会催生出继陆海空天电之后的一个新的疆域。同时，由于生物科技的多样性、智能性，及其与其他技术的融合性，它在安全层面的不确定性、无规则性与无秩序性也将让它留下不安全的隐患。因此，在关注生物科技领域创新发展的同时，重视其在国家安全层面的利益与影响，无论对国家发展还是军事冲突防范都将是大有裨益的。

2.武器装备的创新保障

观念创新是武器装备创新发展的前提，而前沿技术则是武器装备发展创新的关键。DARPA善于把握未来科技发展趋势，并将赋予创造性的创新观念应用到具体的项目研制之中，这就为武器装备的创新发发展提供了前提。作为如今前沿技术的代表，生物科技是当今世界发展最快、最为活跃的领域之一，生物技术与信息、纳米、材料等相关技术领域的交叉融合正在或即将引发一场新的技术革命。DARPA着眼当前及未来军事需求，精心选择发展前景良好、对提升美军军事能力具有重要影响的研究方向开展技术创新研发。同时，DARPA综合利用现代生物科技的知识与进步，使美军装备更安全、更有效，这就为美军武器装备的研发提供了创新保障。

3.信息战士的能力要求

第二次世界大战后，随着电子计算机、光导纤维、遗传工程、空间探索等新兴科学技术的出现与发展，新一轮的技术革命也在全球范围内展开。这场革命在军事上引起的后果，就是将进一步从根本上改变军队的作战能力，使未来军事系统网络化、综合化，其主要元素间也将由功能互补走向智能互补，即成为一个既能发挥人的创造性，又能发挥其系统高速度、大容量等特性，从而可以充分发挥人和机器各自特长的综合人机智能系统。[11]14一方面，生物科技与定向能技术、现代物理学成果等的结合，能够形成对人员的毁伤效应；另一方面，生物科技在脑科学、神经科学方面的发展，使得战争的智能效应达到巅峰。战争中的“体”与“智”在生物科技领域达到辩证的统一，并将使得未来信息战对人的“体”、“智”提出更高的要求。因此，努力提升人在战争中的作用将是生物科技创新时代的关键。

[1]Defense Advanced Research Projects Agency. Breakthrough Technologies For National Security[EB/OL]. http://www.darpa.mil/attachments/DARPA2015.pdf.

[2]Elizabeth Strychalski. Biological Control[R]. Biological Technologies Office，2016.

[3]Sandra Jontz. Darpa Seeks $2.97 Billion in FY 17 for Futuristic Defense Projects[EB/OL]. http://www.afcea.org/content/?q=Article-darpa-seeks-297-billion-fy-17-futuristic-defense-projects.

[4]Gao X, Jiang L. Water-repellent Legs of Water Striders[J]. Nature, 2004(432).

[5]Defense Advanced Research Projects Agency. Darpa-Bridging the Gap[EB/OL]. http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a510795.pdf.

[6]张杨. 冷战与美国的外层空间政策(1945—1969)[D]. 东北师范大学博士学位论文，2005.

[7]魏俊峰，赵超阳等. 跨越现实与未来的边界——美国国防高级研究计划局透视[M].北京：国防工业出版社，2015.

[8]李强. DARPA创新计划[M]. 北京：国防工业出版社，2015.

[9]马克思恩格斯选集(第三卷)[M]. 北京：人民出版社，1972.

[10][英]英国皇家学会. 神经科学——冲突与安全[M]. 范明，楼铁柱等，译. 北京：军事医学出版社，2015.

[11]刘戟锋，石海明. 虎狼之翼——关于科学技术与军事变革的对话[M]. 北京：解放军出版社，2011.

责任编辑：熊先兰

On the U.S. Biotech Developments, Innovations Management and Military Potential——In Case of U.S. Defense Advanced Research Projects Agency

JIA Zhen-zhen

(School of Humanities and Social Sciences,National University of Defence Technology,Changsha,Hunan 410073,China)

Biotechnology development and its integration with information, nanotechnology and cognitive techniques plays an important role for improving the performance of weapons equipment and enhancing soldier combat capability.It is suggested that biotechnology will become a powerful “boost device” for the future development of military technology. Therefore, this article focuses on the development innovation in biotechnology of U.S. Defense Advanced Research Projects Agency from the following three fields, like biotechnology developments, innovation management and military potential.And then, it explores the inherent laws of future development of biotechnology in U.S. and its far-reaching implications of human military technological revolution.

biotechnology; innovative development; U.S. Defense Advanced Research Projects Agency

2016-01-25

贾珍珍(1989-)，女，湖南长沙人，国防科技技术大学科学技术哲学专业博士生，主要从事军事技术哲学研究。

C24

A

1001-5981(2016)04-0060-04