DARPA通過人機智能支撐第三次抵消戰略

2021-08-29 02:08:59 字數 2700 閱讀 4055

目前,美國防高階研究計畫局(darpa)正在發展人工智慧技術,幫助人們理解過去50年網際網路積累的海量資料,並做出正確的決定。而在第三次抵消戰略中,「人機協作」已被認為是「高科技聖杯」。

談到全新抵消戰略的設計者,美國防部常務副部長鮑勃•沃克時,darpa局長安拉提•普拉巴卡爾表示:「我們之間進行了深入的交流,darpa的很多專案都將成為全新抵消戰略的組成部分。這不僅僅侷限於特定的技術,而是一套研究技術的新方法。根本上說,真正推動第三次抵消戰略的是國防部需要通過發展先進技術重振我們的能力。如果我們還以之前的速度和方式處理問題,是不可能實現全新戰略目標的。例如,在我們製造的功能整合的作戰系統中,各子系統之間通過硬鏈結方式組合在一起,出故障時甚至不知問題點在**。而且功能整合型作戰系統研製時間、排故時間和公升級時間都太長,導致這些型號不能跟上敵方快速現代化的裝備。因此darpa目前把「重塑複雜軍用系統」當作一項至關重要的研究方向。

類似戰鬥機或艦船等傳統的**專案經常需要花費數年或數十年把各種定製的軟體和硬體整合到一起。每乙個部件都與其他部件息息相關,這經常使例如軟體除錯等工作困難重重。

相比於功能整合的定製系統,人們需要模組化和開放式架構的系統,在該系統中某些軟體或硬體的替換並不會影響系統的其他部分;相比於裝備數量相對較少的昂貴有人平台,人們需要混合各類有人和無人平台的編隊,從長40公尺的無人戰艦,到一次性使用的手拋式無人機;相比於種類和功能確定的架構,人們需要隨著作戰任務調整規模的系統;相比於依賴一些傳播途徑和中心節點的易受攻擊的網路,人們更加需要高度分布式的網路,其可以經受物理攻擊、干擾和入侵。

然而事實上干擾和入侵很難抵擋。聯網的程度越高,受到賽博攻擊的可能性就越高;越依賴無線網路,就越可以通過電子戰手段偵測和對抗。darpa正在解決上述問題。

darpa的「高可信賽博軍用系統」(hacms)系統應用稱為「形式方法(formal methods)」的數學手段尋找並解決系統的賽博薄弱點。在試驗中,hacms團隊重新編寫了ah-6***的軟體,使紅隊的黑客不能入侵機載電腦。甚至在擁有部分hacms源**後,紅隊也找不到一處系統漏洞。但是darpa局長也表示該系統並不是完全無法入侵的。

另外,darpa也正在應用全新方法解決電子戰問題。目前,當飛機遇到全新訊號,例如敵方的雷達或者神秘的無線電資訊,通常的做法是記錄資料並傳回後方基地。之後專家可能要花上數月或數年的時間了解敵方的系統並想出應對措施。但是,現代的發射機都是數字式的,通過軟體很容易改變波形。為了應對這些瞬息萬變的訊號,「認知電子戰」旨在通過使用人工智慧實時地發現、蒐集和對抗這些波形。

普拉巴卡爾表示,darpa的認知電子戰系統的反應速度要快於人類。首先實時蒐集波形,然後使用最先進的人工智慧和機器學習方法進行處理。我們的機載系統可以了解敵方在電磁頻譜方面正在做什麼事情,並**敵方的下一步動作,並採取適當的干擾措施。

目前,美軍已經擁有自動防禦能力,例如當來襲目標太多,超過了人腦的處理速度時,美國海軍宙斯盾驅逐艦可以自動發射防空飛彈。然而,我們人類需要做什麼呢?目前至少在美國沒有人提出機器有在使用殺傷性**方面做出決策的權利,但是如果戰爭進展太快和過於複雜以至於人類大腦無法處理時,指揮官該如何指揮呢?

darpa副局長史蒂芬•沃克表示,我們不想讓人類處理所有資訊,取而代之的是在關鍵點上做出決定。例如機載電腦可以對敵我雙方的有人和無人作戰飛機的活動保持密切跟蹤,並做出分析,給予人來駕駛員2-3個行動選項。

當被問及人類指揮官如何才能不成為電腦的提線木偶時,普拉巴卡爾認為這是人工智慧帶來的最大問題。「當我們提高機器的效能時,我們需要信任它們告訴我的事情和它們提出的行動方案。但是目前的人工智慧深度學習實際上並沒有一套嚴格的理論基礎。我們都知道機器有時會違反常識,因為它們並不知道這些常識。darpa目前已經在著手解決這些問題,並且正在為人工智慧發展全新的理論基礎。」

先進材料正不斷展現新的特性,如更高強度和超輕,而增材製造和其他新技術正不斷提公升將創新材料應用到新結構的能力,過去要實現這個往往成本很高或者是不可能。

常規設計技術、表述和演算法受到過時的材料特性和製造方法假設的制約,因此,今天的設計技術不能充分利用先進的製造能力和材料革新所帶來的物理細節和複雜性提公升。

為實現此項改進,darpa宣布了變革設計(transformative design,簡稱trades)專案。trades是一項基礎研究工作,將開發新的數學理論和演算法,以充分利用新材料和製造方法所帶來的無限的設計空間。

darpa專案經理jan vandenbrande稱,今天的先進材料和製造方法使結構與功能的複雜程度更高,超過了我們同時優化所有變數的能力。我們已接近計算機輔助設計工具和過程能處理的極限,需要創新的新工具,能從設計人員處提取需求並提出創新的概念、形狀和結構,而現在我們最好的設計程式是無法完成的。

例如,設計一種部件的物理和功能特性會發生顯著變化的結構,如相控陣雷達、飛機蒙皮等,利用已有設計工具其過程是非常繁瑣的。通常有關部件是單獨設計,之後再聯接在一起。

trades期望提出更簡潔和統一的設計,如可能將雷達直接嵌入到飛行器蒙皮內,進而降低未來軍用**的成本、減小尺寸和重量。

類似的已有設計工具不能完全利用先進材料的獨特的特性和工藝需求,如碳纖維複合材料具有其自身獨特的定型需求。設計過程不考慮這些要求將導致製造困難和缺陷,極端情況下需要人工操作。如果設計人員能夠利用能考慮到先進材料的特性和製造與工藝要求的有關工具,這些問題將顯著減少甚至消除。

vandenbrande說,現在大部分的設計是基於有用但卻是過時的理念進行再設計。例如現在飛機機身的製造設計是基於翼梁和翼肋概念。這可以追溯到2023年前的設計理念。trades可能會擯棄這些歷史悠久的設計理念。

darpa有意接收來來自各種技術領域有關未來設計工具的創新概念,超越經典的計算機輔助設計和物理建模,更多興趣領域包括動畫、材料科學、應用數學、資料分析與人工智慧。

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