美国陆军规划机器人与自主系统发展|163

作者：贾喜花，中国兵器工业集团第二一〇研究所

2017年3月，美国陆军发布《机器人与自主系统战略》，该战略描述了陆军如何将机器人与自主系统集成到未来部队中。机器人与自主系统将有助于未来陆军部队作为联合部队的一部分挫败敌对组织、控制有利地形、保证人员安全、巩固作战成果。

一、发布背景

（一）机器人与自主系统作战优势明显

机器人自主能力的提高将大大降低系统对操作人员和分析员的依赖，减小操作人员的工作负荷，降低人为因素对系统运行的干扰，以及系统对通信带宽的需求，并能使系统进入操作十分受限的区域执行任务，如山洞、地下管道、敌干扰区域或信号微弱区域等。自主系统能够自主完成任务，在没有人员互动情况下作出决策、反应，其精度、工作时间、最大行程以及机动速度均超过有人系统。自主性还可支持很多领域尤其是网络与电子战领域的新任务实施。

（二）适应机器人与自主系统的快速发展需求

随着计算能力、大数据、人工智能、自主技术、小型化和新能源系统的持续创新发展，机器人与自主系统也得以快速发展。目前大多数地面无人系统和无人机的自主水平处于远程控制和半自主之间，未来自主程度还将进一步提高。日本与美国公司在2014年投入超过20亿美元进行自主系统的开发，其中具有代表性公司有苹果、脸谱、谷歌、日立、IBM、英特尔、领英、NEC、雅虎和推特。美国陆军2009年首次发布的《机器人战略白皮书》重点发展的是遥控机器人系统，已经不能指导自主地面无人系统的发展，为此美国陆军及时出台了《机器人与自主系统战略》。

（三）美军确保在未来军事斗争中取得主导地位

机器人系统在伊拉克和阿富汗战场已经展示出巨大的应用潜力，美国认为其竞争对手正在开发和部署各种先进的机器人与自主系统技术，并采用新的战术来应对美国军事力量。机器人与自主系统在确保机动自由、完成任务和降低士兵风险方面越来越重要，为确保在未来军事斗争中取得主导地位，美国陆军高度重视机器人与自主系统。

二、内容概要

《机器人与自主系统战略》确立了机器人与自主系统五大能力目标以及实现这些能力目标的三项关键技术，阐述了美国陆军机器人与自主系统的近期、中期和远期发展目标，提出了陆军所面临的作战挑战以及利用机器人与自主系统的解决方案。

（一）确立机器人与自主系统五大能力目标

机器人与自主系统使陆军士兵和部队能挫败强大的敌人，并在五大能力目标方面保持优势：增强态势感知能力；减轻士兵生理和认知负担；通过加强后勤保障效率支持部队；促进部队运动与机动；保护部队。

一是增强态势感知。复杂的地形和敌人的多种对抗措施限制了营级及以下士兵的观察与作战能力。机器人与自主系统的发展将使部队具备在广阔地区进行持久监视与侦察的能力，能够进入有人系统无法进入的地区，增加作战距离、提高部队生存力，为指挥官留出更多的反应时间。

二是减轻士兵生理和认知负担。过多的装备消耗了士兵的体力和耐力。自主系统能减轻士兵装备负荷，提高士兵的速度、机动性、耐力和作战效能。此外，大量的信息已使领导人员无法作出高效决策。机器人与自主系统通过信息收集、组织和对数据重要性进行排序，可以帮助领导人员进行任务指挥和决策，提高战术机动性，同时减少网络、电子和物理信号。

三是通过加强后勤保障效率支持部队。后勤分配属于资源密集型任务。士兵和部队在延长的补给线末端易受攻击。空中和地面无人系统以及自主能力可在每个补给阶段直至最前线的战术补给点提供增强的后勤补给能力。机器人与自主系统可将物资运输至最急需的补给点，并为陆军向士兵分配后勤物资提供更多选择。

四是促进部队机动。21世纪的联合兵种机动需要战备良好的地面作战部队在生理和认知上超越对手。通过可靠的前线存在和弹性战斗编队，未来地面部队将集成联合作战、组织间与跨国作战能力，在多个领域建立优势，抓住、保持并利用作战主动性，实现军事目标。战略认为，对“反进入/区域拒止”能力的投资会使未来敌人能够在更远的距离更早地打击陆军部队。此外，敌人还将寻求在更长的前进道路上设置障碍，对陆军的运动与机动造成威胁。对此，美国陆军部队可采用机器人与自主系统扩大行动区域的深度，对敌方活动作出响应。机器人与自主系统可扩展陆军部队行动的时间和空间，提高部队的越障能力。

图1美国陆军“派克博特”排爆机器人

五是保护部队。未来作战环境增加了士兵暴露在危险情况下的机率。机器人与自主系统技术可通过提供更远的作战距离，使己方部队远离敌方编队、火箭弹、炮弹和迫击炮弹，以及在后勤运输期间将更少的士兵置于风险中，提高士兵的生存力。

（二）实现能力目标的关键技术为自主性技术、人工智能技术和通用控制技术

该战略认为，有三项技术的发展对于快速和高效实现机器人与自主系统能力目标至关重要，即：自主性技术、人工智能技术与通用控制技术。

自主性是指人赋予系统在规定环境中执行给定任务的独立性水平，对地面车辆最为重要。自主性基于导航传感器和先进计算的结合，以及机器决策所需的复杂软件。增强的自主能力意味着对机器人的控制需要更少的士兵，高水平的自主性将允许机器人与自主系统更长时间的执行作战纵深和间隔距离更大的高风险任务，并允许士兵专注于执行最适合人类的任务。

图2美国MUV多用途无人车

人工智能是计算机系统执行通常需要人类智能的任务（如感知、谈话和决策）的能力。人工智能的进步使得机器可以执行许多原本不可能执行的任务。随着计算机推理和学习能力的发展，人工智能将在机器人与自主系统的开发中发挥关键作用。人工智能将提高机器人与自主系统在执行任务时独立工作的能力，例如越野驾驶、分析和管理大量数据以简化人类决策。人工智能将越来越多地考虑诸如任务参数、交战规则和详细地形分析等作战因素。随着人机协作的成熟，人工智能将有助于在五个领域做出更快和更好的决策：确定战略指标和警告；对抗敌方宣传；支持作战/战役级决策；使领导人员能够使用有人-无人联合编队；加强特定防御任务的执行能力，其中速度、信息量和同步功能可能优于人类决策。

通用控制是通用软件包控制大量地面和空中系统的能力，对于最大限度地管理各式机器人与自主系统至关重要。通用控制允许一名士兵用一个控制器控制多个机器人，减少士兵操作这些系统的生理和认知负荷。通用控制还克服了操作限制（数据共享/加密/范围/平台和有效载荷的控制转移），同时通过通用的显示器、电池和无线电等实现成本节约和保障简化。

（三）按照近期、中期和远期分阶段投资，分别设立现实目标、可行目标和预想目标

《机器人与自主系统战略》具体阐述了机器人与自主系统近期阶段（2017—2020年）的现实目标、中期阶段（2021—2030年）的可行目标与远期阶段（2031—2040年）的预想目标。

近期利用便携式机器人与自主系统、系留式和非系留式无人机系统增强态势感知能力，采用不同尺寸和任务配置的地面机器人与自主系统平台减轻士兵负担，借助计算/人工智能和情报分析减轻认知负担，通过自动化地面补给改善保障，通过提高道路清理、破障和反简易爆炸装置能力促进机动，使用用于排爆行动的机器人与自主系统保护部队。近期投资主要集中于自主技术研发，通过将自主系统逐步集成到联合兵种机动中，改变陆军作战方式（图3）。

图3未来微小型机器人与自主系统在城市作战中的应用

中期利用先进的小型机器人与自主系统和“蜂群”提高态势感知，利用外骨骼减轻负荷，通过全自主运输车队提高保障能力，利用无人战车和先进载荷提高机动性。美国陆军继续研究自主性、机器学习、人工智能、能源管理与通用控制技术，实现能力更强的地面无人系统和空中无人系统。

远期利用“蜂群”系统提高持久侦察态势感知能力，在近战机动部队到达之前，陆军向作战区域投送由多个小型机器人组成的“蜂群”。投送选择范围可以从简单的船用集装箱到专用平台发射/保存的小型无人机或机器人系统。“蜂群”机器人动力充沛，自行启封，可随时投入使用。自主系统和“蜂群”机器人形成机动网络，极大地提高战术机动性。利用自主空中货运系统提高保障能力，地面上的重点是全自主战术轮式车。自主空中系统补给能力增强，在分布式节点之间移动集装箱装运和整装货物，减少前方区域对有人旋翼机的依赖。利用无人战车发展提高机动能力。无人战车能够自主运动和机动，拓宽了有人-无人编队的影响范围。有人和无人编队利用传感器、人工智能和人机通信等技术能够在空中和地面机动（图4）。

图4远期机器人与自主系统执行侦察与安全任务

（四）利用机器人与自主系统可提高陆军整体作战效能

机器人与自主系统通过聚焦地形与敌方力量、侦察与绘制地下与水环境地图，提高复杂环境中的态势感知；机器人与自主系统提供无人机和地面通信中继，并支持不间断访问重要数据链路；机器人与自主系统提供无人系统的持续监视和侦察能力，允许部队在更大范围内进行更长时间的安全作战，同时让士兵专注于其他任务。未来系统采用延长耐力与对峙的新技术；配装任务载荷和武器的地面无人系统和空中无人系统按照操作人员指定任务实施侦察。高清传感器将通过综合网络集成威胁探测、队列和图像信息，以在士兵无法进入区域的低能见度环境中延长侦察时间。车载和步行士兵机动编队中使用无人系统，使无人系统向机动性更好并可空运的更小型平台发展，确保更高的远征机动能力。

三、几点认识

（一）将进一步推动美国机器人与自主系统技术发展

《机器人与自主系统战略》是美国陆军第一份关于机器人与自主系统长远发展的指导性文件，为机器人与自主系统未来一段时间内的发展设立能力目标，明确近期、中期和远期机器人与自主系统发展方向与投资重点，将推动美国机器人与自主系统技术发展。

（二）机器人与自主系统将进一步充实陆军装备体系

随着机器人与自主系统技术的不断成熟、装备数量的不断增加以及作战功能的不断拓展，机器人与自主系统将成为陆军武器装备体系中不可或缺的重要组成部分。机器人与自主系统集成到陆军部队是一个循序渐进的过程。美国陆军当前的发展重点是士兵可穿戴传感器、与战车和飞机相连的系留式或遥控系统。到2021年以后，美国陆军将逐步引入“蜂群”机器人、外骨骼、无人战车、中型和大型货运空中无人系统来提高态势感知，减轻士兵负担，加强保障和机动能力。未来，新型自主地面无人系统和空中无人系统将大量装备美军部队，并替换过时的自主系统。

（三）机器人与自主系统作战能力将不断增强

在机器人自主技术和互操作技术发展的推动下，未来机器人自主作战能力和系统间的协同作战能力将不断增强，担负的作战任务将越来越多，从目前的侦察、监视、物资运输等辅助任务向火力打击、机动突击等主要作战任务拓展。未来，陆军部队将能够利用机器人与自主系统来应对多种挑战，提高作战效能，在联合兵种作战中保持对敌优势。

来源：摘自《世界陆军装备技术发展报告》

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