2020年3月,北約(NATO)發(fā)布了《科技趨勢 2020-2040:探索科技邊緣》,報(bào)告由北約科學(xué)與技術(shù)組織編寫,綜合北約合作網(wǎng)絡(luò)中約6000名科學(xué)家、工程師和分析師的見解,對未來20年可能在國防領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響的新興和顛覆性技術(shù)加以評估。
雖然報(bào)告發(fā)布已近2年,但由于預(yù)測范圍較長期,因而內(nèi)容的新鮮度仍不減。尤其值得稱道的是,報(bào)告對各項(xiàng)技術(shù)下的子技術(shù)都給出了技術(shù)成熟度的現(xiàn)狀及未來周期評估,而且對各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景都給出了若干猜想。對希望窺探科技未來趨勢及將如何改變世界的讀者,這些無疑是頗有價(jià)值的參考。
需要注意的是,雖然報(bào)告的立足點(diǎn)是國防視角,但當(dāng)代技術(shù)往往極富軍民兩用性,對之發(fā)展和應(yīng)用的預(yù)測,參考價(jià)值絕不局限于國防領(lǐng)域。相反,由于報(bào)告出自軍事機(jī)構(gòu)智庫,少了些商業(yè)炒作嫌疑,其評估或許具有獨(dú)到的公信力。
下面就進(jìn)入報(bào)告正題。
報(bào)告意圖
《科技趨勢2020-2040》是為支持EDT(Emerging and/or Disruptive Technology,新興和/或顛覆性技術(shù))路線圖開發(fā)的工作提供背景。核心目標(biāo)是,提高聯(lián)盟內(nèi)部對科技開發(fā)增強(qiáng)或威脅聯(lián)盟軍事行動(dòng)之潛力的理解水平。因此,報(bào)告有助于決策者考慮:
比潛在對手更好預(yù)測未來的安全環(huán)境是聯(lián)盟保持競爭優(yōu)勢的一種方式。科技遠(yuǎn)見是這項(xiàng)準(zhǔn)備工作的一個(gè)重要方面。報(bào)告不試圖詳細(xì)預(yù)言未來(困難或不可能),相反,它尋求為預(yù)見技術(shù)對未來聯(lián)盟運(yùn)營的可能開發(fā)及影響提供背景。
此外,為了將EDT積極發(fā)展為聯(lián)盟能力,必須充分認(rèn)識(shí)到文化、觀念、風(fēng)險(xiǎn)承受力、組織結(jié)構(gòu)、政策、條約、人力資本和倫理的影響。如果EDT要充分開發(fā)為新的作戰(zhàn)能力,這些因素將需要與技術(shù)一樣不斷發(fā)展。
第七代軍事革命是由技術(shù)領(lǐng)域的快速變化(再次)推動(dòng)的。人類有組織的沖突(戰(zhàn)爭在其最極端的情況下)在克勞塞維茨式意義上是大型社會(huì)群體(如國家、偽國家、社區(qū)、社會(huì)等)之間的根本性意志沖突。在這種沖突中,無論是與同等對手或不對稱威脅,技術(shù)都是一種優(yōu)勢。隨著大眾化技術(shù)成為人類生活方式的核心,它也將在塑造沖突上獲得超級角色。
在廣泛的戰(zhàn)略和地緣政治背景下,沖突的性質(zhì)正在發(fā)生改變,普遍認(rèn)為,不斷變化的技術(shù)環(huán)境是一個(gè)重要因素。這種沖突性質(zhì)的變化體現(xiàn)在混合戰(zhàn)爭、超級戰(zhàn)爭、模因戰(zhàn)或下一代沖突中。在每種情況下,顛覆性技術(shù)都與現(xiàn)有技術(shù)和軍事能力相結(jié)合,創(chuàng)造新的方式和手段參與沖突。
鏈接這些第四次工業(yè)革命技術(shù)的共同要素是,它們都在某種程度上塑造或組成智能化、互聯(lián)化、分布化和數(shù)字化(I2D2)的本質(zhì)。更具體地說,未來的科技圖景將具有以下特征(并同時(shí)驅(qū)動(dòng)):
技術(shù)發(fā)展
北約如何探索、開發(fā)和利用能夠?yàn)槁?lián)盟帶來顛覆性軍事效果的最佳尖端技術(shù)?新興或顛覆性科技是什么意思?這些新興或顛覆性技術(shù)或科學(xué)洞察是什么?它們對一個(gè)敏捷和創(chuàng)新的聯(lián)盟意味著什么?
報(bào)告將技術(shù)狹義定義為:
·新興技術(shù):預(yù)計(jì)在2020-2040年間達(dá)到成熟的技術(shù)或科學(xué)發(fā)現(xiàn);并且,目前尚未廣泛利用,或?qū)β?lián)盟的防務(wù)、安全和經(jīng)營職能的效應(yīng)不完全清楚。
·顛覆性技術(shù):預(yù)計(jì)在2020-2040年間對NATO的防務(wù)、安全或經(jīng)營職能產(chǎn)生重要或可能是革命性之效應(yīng)的技術(shù)或科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
·融合性技術(shù):新穎方式組合的技術(shù)結(jié)合體,以創(chuàng)造顛覆性效應(yīng)。
需要指出的是,并非所有的技術(shù)或科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是新興或顛覆性的,顛覆也不僅由技術(shù)驅(qū)動(dòng)。此外,并非所有新興技術(shù)都是顛覆性的;并非所有顛覆性技術(shù)都是新興的;而且,并非所有融合性技術(shù)都由新興技術(shù)驅(qū)動(dòng)。因此,報(bào)告將聚焦那些被評估為20年內(nèi)最可能造成顛覆的技術(shù),包括那些已經(jīng)超越初步探索階段但尚未得到廣泛利用的技術(shù)。這些技術(shù)包括,5項(xiàng)顛覆性技術(shù)、3項(xiàng)新興技術(shù)及6項(xiàng)融合性技術(shù)。
技術(shù)時(shí)間線
對于技術(shù)發(fā)展的時(shí)間線,報(bào)告從關(guān)注度和技術(shù)成熟度2個(gè)維度加以評估。
技術(shù)不總是從一個(gè)周期的開始到結(jié)束不斷進(jìn)步;事實(shí)上,大多數(shù)技術(shù)都失敗了。許多科學(xué)或技術(shù)發(fā)現(xiàn)的路徑從未取得激發(fā)創(chuàng)新的突破,或在最初的熱情之后,它們作為效果不佳的開發(fā)路徑從公眾意識(shí)中消失,它們之后可能隨著新的融合開發(fā)再次出現(xiàn),為舊想法注入新活力。最后,即使是成功的技術(shù)也可能重新出現(xiàn),因?yàn)樾孪敕▌?chuàng)造了創(chuàng)新引爆點(diǎn),舊技術(shù)與生產(chǎn)系統(tǒng)的融合如此之高,以至于除了內(nèi)核,面目全非。這種建立在英勇失敗或創(chuàng)造性錯(cuò)誤基礎(chǔ)上的進(jìn)化過程對科技進(jìn)步必不可少,因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的教訓(xùn)和想法往往通向全新的探索、創(chuàng)新和發(fā)展領(lǐng)域。
報(bào)告通過對Gartner技術(shù)評估、其它已提及的技術(shù)未來分析、科技組織的技術(shù)觀察活動(dòng),以及來自谷歌趨勢網(wǎng)絡(luò)搜索活動(dòng)的分析,將關(guān)注度從近至遠(yuǎn)劃分為:
引爆(Trigger):新技術(shù)或科學(xué)發(fā)現(xiàn);
期待(Expectation):加強(qiáng)宣傳和討論;
幻滅(Disillusionment):探索局限性;
啟蒙(Enlightenment):理解效用;
效率(Productivity):成熟應(yīng)用。
一般來說,成功的科技進(jìn)步沿著技術(shù)就緒水平(TRL)的成長路線前進(jìn),TRL最初由NASA開發(fā),每一步都是特定技術(shù)的可能出口或暫停。TRL為解釋技術(shù)成熟度水平提供有用的速記,因此在工業(yè)和政府中被廣泛使用。
由于多種因素,包括對其它技術(shù)的相互關(guān)聯(lián)性或依賴性、成本、倫理、政策或基礎(chǔ)物理學(xué)、信息或人為限制,技術(shù)或基礎(chǔ)科學(xué)可能無法產(chǎn)生新的作戰(zhàn)能力,或在通往TRL 9+的任何點(diǎn)暫停。然而,不成功的開發(fā)在科技領(lǐng)域至關(guān)重要,這能夠知會(huì)并最終產(chǎn)生新的方法和技術(shù),它們可能更成功地從基礎(chǔ)原理轉(zhuǎn)變?yōu)樽鲬?zhàn)能力。
報(bào)告主要通過科技組織技術(shù)觀察活動(dòng)的評估、相關(guān)前景評估和參考幾種可用的TRL計(jì)算器,將技術(shù)成熟度從低至高劃分為:
TRL 1:觀察和報(bào)告的基礎(chǔ)原理。
TRL 2:構(gòu)想技術(shù)概念和/或應(yīng)用。
TRL 3:分析和試驗(yàn)關(guān)鍵功能和/或特征概念驗(yàn)證。
TRL 4:實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的進(jìn)行組件和/或試驗(yàn)板驗(yàn)證。
TRL 5:相關(guān)環(huán)境中的組件和/或試驗(yàn)板驗(yàn)證。
TRL 6:相關(guān)環(huán)境中的系統(tǒng)/子系統(tǒng)模型或原型演示。
TRL 7:太空環(huán)境中的系統(tǒng)原型演示。
TRL 8:實(shí)際系統(tǒng)完成并通過測試和演示合格。
TRL 9:實(shí)際系統(tǒng)通過成功的任務(wù)行動(dòng)得到驗(yàn)證。
聚焦技術(shù)
大數(shù)據(jù),優(yōu)化,分析,5G,運(yùn)籌學(xué),決策學(xué),數(shù)據(jù)科學(xué),人工智能,人機(jī)工程學(xué),預(yù)測分析,商業(yè)分析,商業(yè)智能
猜想卡
人工智能是指機(jī)器執(zhí)行通常需要人類智能的任務(wù)之能力——例如,識(shí)別模式、經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)、得出結(jié)論、做出預(yù)測或采取行動(dòng)——無論是數(shù)字化方式還是作為自主物理系統(tǒng)背后的智能軟件。
關(guān)鍵詞
人工智能,機(jī)器智能,深度學(xué)習(xí),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),機(jī)器學(xué)習(xí),專家系統(tǒng),語義分析,監(jiān)督學(xué)習(xí),非監(jiān)督學(xué)習(xí),強(qiáng)化學(xué)習(xí),聚類,深度偽造,機(jī)器視覺,聊天機(jī)器人,決策樹,數(shù)據(jù)科學(xué),遺傳算法,自主性
時(shí)間線
自主性是系統(tǒng)通過在不同的行動(dòng)方案中獨(dú)立組合和選擇來應(yīng)對不確定情況的能力,以基于知識(shí)和對世界、自身和形勢的語境理解實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。自主性的特征是自主行為的程度(自主等級),從全手動(dòng)到全自主。機(jī)器人學(xué)是一門研究設(shè)計(jì)和構(gòu)建涵蓋所有自主等級(包括全人工控制)的自主系統(tǒng)的學(xué)科。無人駕駛載具可以由一個(gè)人遠(yuǎn)程控制,也可以根據(jù)任務(wù)自主行動(dòng)。應(yīng)用包括允許進(jìn)入禁區(qū)、持續(xù)監(jiān)控、耐久力、支持士兵的機(jī)器人、廉價(jià),自動(dòng)化后勤運(yùn)輸。
關(guān)鍵詞
自主載具,自動(dòng)化,無人(A/U/CA/x)空中載具,人機(jī)界面,自主性,人(in/out/on)回路,RAS(機(jī)器人和自主系統(tǒng)),人機(jī)協(xié)作
時(shí)間線
猜想卡
下一代量子技術(shù)利用原子和亞原子尺度上的量子物理和相關(guān)現(xiàn)象;特別是量子糾纏和疊加。這些效應(yīng)主要支持密碼學(xué)、計(jì)算、精確導(dǎo)航和授時(shí)、傳感和成像、通信、材料的重大技術(shù)進(jìn)步。
關(guān)鍵詞
量子,疊加,PNT(定位、導(dǎo)航和授時(shí)),糾纏,光子學(xué),密碼學(xué),傳感器,雷達(dá),成像,新材料,定位、導(dǎo)航和授時(shí)(PNT),量子模擬
時(shí)間線
猜想卡
太空通常被認(rèn)為從海拔90-100公里(卡門線)開始。太空技術(shù)利用獨(dú)特的太空運(yùn)營環(huán)境,或必須與之抗?fàn)?,其中包括:行?dòng)自由、全球視野、速度、訪問自由;接近真空;微重力;隔離;極端環(huán)境(溫度、振動(dòng)、聲音和壓力)
關(guān)鍵詞
太空,衛(wèi)星,微型衛(wèi)星,小型衛(wèi)星,皮米衛(wèi)星,納米衛(wèi)星,推進(jìn),運(yùn)載火箭,綜合戰(zhàn)術(shù)警報(bào)與攻擊評估,光電/紅外傳感器,合成孔徑雷達(dá)傳感器,對地同步,對地靜止,極地,太陽,同步,LEO(低地球軌道),MEO(中地球軌道),HEO(高地球軌道),莫尼亞軌道,推進(jìn)器,太陽帆,ISR(情報(bào)、監(jiān)視和偵察),圖像,國家技術(shù)手段,導(dǎo)彈防御,ASAT (反衛(wèi)星武器),動(dòng)能殺傷,AIS(自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)),地球觀測
時(shí)間線
猜想卡
(先進(jìn))高超音速武器系統(tǒng)(導(dǎo)彈、載具等)的運(yùn)行速度大于5馬赫(6125公里/小時(shí))。在這種情況下,空氣離解變得顯著,并且不斷上升的熱負(fù)荷對載具構(gòu)成極大威脅。高超音速飛行階段發(fā)生在從太空再入大氣層期間,或通過火箭、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)或聯(lián)合循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行推進(jìn)/持續(xù)大氣層飛行期間。這類武器系統(tǒng)包括空射打擊導(dǎo)彈(HCM)、機(jī)動(dòng)再入滑翔飛行器(HGV)、陸-海艦艇殺手和隱形后攻擊機(jī)。這種性質(zhì)的系統(tǒng)可能主要依靠單獨(dú)的動(dòng)能效應(yīng),或者可能包括額外的彈頭(核彈頭或非核彈頭)。由于高超音速系統(tǒng)的速度和機(jī)動(dòng)性,針對單個(gè)、齊射或蜂群高超音速系統(tǒng)的對抗措施特別具有挑戰(zhàn)性。
關(guān)鍵詞
高超音速,推進(jìn)器,滑翔飛行器,定向能武器(DEW)
時(shí)間線
猜想卡
生物技術(shù)利用有機(jī)體、組織、細(xì)胞或生物衍生的分子成分作用于生物;或者,通過干預(yù)細(xì)胞的工作或細(xì)胞的分子成分,包括它們的遺傳物質(zhì)而起作用。人類增強(qiáng)技術(shù)(HET)是生物醫(yī)學(xué)干預(yù),用于改善人類體能,或者起到超出恢復(fù)或維持健康所必要的作用。HET可增強(qiáng)生理、認(rèn)知或社會(huì)機(jī)能。
關(guān)鍵詞
醫(yī)學(xué),補(bǔ)充劑,混合現(xiàn)實(shí),防治,CRISPR(常間回文重復(fù)序列叢集),合成生物學(xué),人類增強(qiáng)技術(shù)(HET),生物工程,遺傳學(xué),醫(yī)療對策,基因工程,微流體,神經(jīng)接口,義肢,外骨骼,分子工程,腦機(jī)接口,神經(jīng)假體,神經(jīng)接口,生物傳感器,生物信息學(xué),生物芯片,生物電子學(xué)
時(shí)間線
猜想卡
先進(jìn)(新)材料是具有獨(dú)特和新穎性能的人造材料。先進(jìn)材料可以使用納米技術(shù)或合成生物學(xué)的技術(shù)制造。研制可能包括極端耐熱涂層、高強(qiáng)度身體或平臺(tái)裝甲、隱形涂料、能量收集和儲(chǔ)存、超導(dǎo)性、先進(jìn)傳感器和去污,以及食品、燃料和建筑材料的批量生產(chǎn)。石墨烯、其它新型2D材料和拓?fù)洳牧系难芯渴菨摿薮笄胰找媸艿疥P(guān)注的領(lǐng)域。增材制造通常被用作3D打印的同義詞,是通過分層添加材料從數(shù)字模型創(chuàng)建幾乎任意3D實(shí)體對象的過程。增材制造可用于:快速成型;部署軍事裝備的現(xiàn)場生產(chǎn)和維修;生產(chǎn)精密、定制或獨(dú)特部件。
關(guān)鍵詞
新材料,增材制造,敏捷制造,生物材料,石墨烯,2D材料,黑硅,柔性顯示器,納米技術(shù),智能涂料,生物裝配,生物制造
時(shí)間線
猜想卡
自主性、BDAA(大數(shù)據(jù)和高級分析)和人工智能的協(xié)同組合預(yù)計(jì)將在未來10年對聯(lián)盟及其軍事能力產(chǎn)生最大的顛覆性效應(yīng)。智能、廣泛分布、無處不在、廉價(jià)、互聯(lián)的傳感器和自主實(shí)體(物理或虛擬)的使用增加,將導(dǎo)致大量數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)實(shí)際上不可能用現(xiàn)有的方法和方式進(jìn)行分析。相互關(guān)聯(lián)的技術(shù)和方法將構(gòu)成解決這些問題的基礎(chǔ)。這些技術(shù)包括5G(和類似通信技術(shù))、認(rèn)知電磁管理、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、人工智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)、更好的電池技術(shù)甚至3D打印。這些變化,加上支持太空、生物和量子技術(shù)的開發(fā),有可能創(chuàng)造北約的戰(zhàn)略和作戰(zhàn)決策優(yōu)勢,導(dǎo)致需要新的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)和模因戰(zhàn)概念和能力。
在15-20年內(nèi),量子技術(shù)將通過大幅提高傳感器能力、安全通信和計(jì)算力,大大提高C4ISR(指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)和情報(bào)、監(jiān)視、偵察)的數(shù)據(jù)收集、處理和利用能力。特別是,量子計(jì)算可能大大提高預(yù)測分析的建模與仿真速度、保真性,并使量子方法能夠用于深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),從而大大增強(qiáng)人工智能和數(shù)據(jù)分析。通過對現(xiàn)有科學(xué)的元分析和量子主導(dǎo)系統(tǒng)的模擬,這種提高的計(jì)算和模擬能力也將顯著影響聯(lián)盟科技的實(shí)施。這一能力,反過來,將創(chuàng)造新的基礎(chǔ)和應(yīng)用科學(xué)、新設(shè)計(jì)、定制的基因或有機(jī)體,以及識(shí)別新材料、化學(xué)和生物特性。所有這些都有可能在2040年以后產(chǎn)生顛覆性效應(yīng)。
太空和高超音速是具有挑戰(zhàn)性的作戰(zhàn)領(lǐng)域。如果太空和高超音速系統(tǒng)要充分利用這些領(lǐng)域的固有優(yōu)勢和機(jī)會(huì),有必要開發(fā)特殊材料、新穎設(shè)計(jì)、微型化、儲(chǔ)能、制造方法和推進(jìn)器。太空和高超音速系統(tǒng)面臨許多相同的環(huán)境挑戰(zhàn)。開發(fā)新的廉價(jià)、堅(jiān)固和特別耐熱的材料對開發(fā)實(shí)用、負(fù)擔(dān)得起的系統(tǒng)必不可少。提高3D/4D打印的使用也極其重要,因?yàn)榇蛴£P(guān)鍵部件(如發(fā)動(dòng)機(jī))將有助于降低成本和提高可靠性。
QKD(量子密鑰分發(fā))通信促進(jìn)了天基量子傳感器的發(fā)展,將引領(lǐng)適合部署在衛(wèi)星上的全新類型傳感器。目前,功率限制和傳感器靈敏度顯著影響衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。下一代量子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的更小、更低功率、更靈敏和更分布式的天基傳感器網(wǎng)絡(luò)將是北約未來ISR(情報(bào)、監(jiān)視和偵察)體系在20年內(nèi)的一個(gè)極其重要方面。
如果聯(lián)盟要保持一個(gè)完全安全的全球通信網(wǎng)絡(luò),發(fā)展大規(guī)模衛(wèi)星中繼QKD量子通信(QC)網(wǎng)絡(luò)必不可少。衛(wèi)星-地球QC已經(jīng)在5000公里以上的范圍內(nèi)完成了演示。特別是中國,正在開發(fā)一系列雄心勃勃的演示項(xiàng)目。未來5-10年的技術(shù)開發(fā)預(yù)計(jì)將極大擴(kuò)展這些早期實(shí)踐,并為強(qiáng)大的商業(yè)能力提供技術(shù)框架。
受成本大幅降低、加速和商業(yè)關(guān)注上升的驅(qū)動(dòng),人工智能和生物技術(shù)正以指數(shù)級發(fā)展。例如,最初的人類基因組計(jì)劃耗時(shí)10個(gè)月,花費(fèi)30億美元(2001年)。如今,破譯人類基因組只需不到1個(gè)小時(shí),花費(fèi)約1000美元。
人工智能與BDAA、生物技術(shù)相結(jié)合,將對世界經(jīng)濟(jì)和健康產(chǎn)生巨大影響。這種組合將大大有助于新藥的設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)、有目的的基因改造、生化反應(yīng)的直接操縱、優(yōu)化生物制劑的開發(fā)、活體傳感器、新CBRN(化學(xué)、生物、放射性和核)對抗措施的開發(fā),以及新研究領(lǐng)域的識(shí)別(通過元分析)。利用人工智能優(yōu)化新生物制劑的設(shè)計(jì),“分子-分子”或“細(xì)胞-細(xì)胞”,將極大擴(kuò)展北約定制新藥品的能力,并創(chuàng)造新的傳感制造方法。這種顛覆將不局限于生物科學(xué),而將反映在科技開發(fā)的所有領(lǐng)域。
人工智能與BDAA(大數(shù)據(jù)和高級分析)相結(jié)合,將有助于新材料的設(shè)計(jì)、獨(dú)特物理性能的識(shí)別和設(shè)計(jì)、化學(xué)反應(yīng)的直接操縱、新設(shè)計(jì)的創(chuàng)造和新研究領(lǐng)域的識(shí)別(通過元分析)。特別是,這將支持2D材料開發(fā)的進(jìn)一步發(fā)展。這種顛覆將反映在科技開發(fā)的所有領(lǐng)域。
人工智能和BDAA,與3D/4D打印或生物制造相結(jié)合,將生產(chǎn)推向邊緣(即用戶),并極大促進(jìn)可靠、定制、混合材料工業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)。
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