目前我們所處的是令航空航天界激動(dòng)的時(shí)代，許多技術(shù)在其能力、經(jīng)濟(jì)適用性、安全性和投資回報(bào)方面都有望產(chǎn)生代際跳躍式發(fā)展。自主無人飛機(jī)系統(tǒng)不同于有人遙控的無人機(jī)系統(tǒng)，是真正的自動(dòng)系統(tǒng)，是無人機(jī)的一個(gè)發(fā)展方向，對(duì)于軍用航空和商業(yè)航空都將是一個(gè)改變游戲規(guī)則的發(fā)展方向。下面將重點(diǎn)介紹為軍用和商業(yè)自主飛機(jī)提供轉(zhuǎn)折點(diǎn)的目前正在發(fā)展的技術(shù)范疇，涉及具有認(rèn)知能力的自主系統(tǒng)，也就是人們所期待具有判斷能力并且最終具有飛行員倫理觀的機(jī)器人系統(tǒng)。自主飛機(jī)雖然并不像初聽起來那么神秘，但是其實(shí)現(xiàn)必須克服巨大的挑戰(zhàn)。自主飛機(jī)的潛能也只有在這些挑戰(zhàn)得到克服之后才能夠完全發(fā)揮。

包括美國(guó)在內(nèi)，很多國(guó)家的公司都在開發(fā)無人駕駛汽車。公眾一般認(rèn)為，這并不是一個(gè)很難的問題，依靠GPS、合適的傳感器和控制律，無人自主汽車應(yīng)該就能正常行駛，避免與前方車輛碰撞。聽起來簡(jiǎn)單，但如果一個(gè)小孩突然跑到汽車前方，而此時(shí)汽車高速行駛無法停止，那么汽車控制系統(tǒng)就必須迅速?zèng)Q定如何轉(zhuǎn)向以避開小孩。如果汽車轉(zhuǎn)向右邊就有撞上人行道和行人的危險(xiǎn)，而轉(zhuǎn)向左邊就有可能與其他車輛相撞。此時(shí)的汽車控制系統(tǒng)就必須像老練的駕駛員那樣，能夠瞬間排列危險(xiǎn)的順序，評(píng)估各種選擇可能產(chǎn)生的損害，進(jìn)而采取相應(yīng)行動(dòng)。為了理解上的方便，我們通常簡(jiǎn)化人的思維決策過程，通常只在技術(shù)和人腦之間進(jìn)行認(rèn)真的比較，人類尚未對(duì)人腦的復(fù)雜性有全面的了解，但人腦的工作機(jī)制無疑令人贊嘆。無論你如何思考這個(gè)問題，自主汽車對(duì)人的反應(yīng)和行動(dòng)都必須像人類司機(jī)那樣。更理想的情況是，自主汽車能像人那樣判斷和決策，但卻能夠避免人類在判斷上可能會(huì)出現(xiàn)的問題，使行動(dòng)更為精確，而這遠(yuǎn)不是GPS接收機(jī)和一系列傳感器所能解決的。

對(duì)于自主作戰(zhàn)飛機(jī)來說，所面臨的挑戰(zhàn)比自主汽車更要嚴(yán)峻得多，未來自主飛機(jī)的認(rèn)知系統(tǒng)最終必須比優(yōu)秀的飛行員更具判斷力和可靠性。與自主汽車所不同的是，自主作戰(zhàn)飛機(jī)必須在三維空間、在數(shù)千米的高度、在非常高的飛行速度中、在各種復(fù)雜惡劣的氣候條件下、在敵方環(huán)境和在敵友混雜的混亂環(huán)境中，向目標(biāo)投送致命的打擊武器。自主作戰(zhàn)飛機(jī)還必須能夠在數(shù)千千米之外作戰(zhàn)，而且還要不留痕跡，實(shí)現(xiàn)隱身。

在2013年，美國(guó)海軍的X-47B樣機(jī)成功地實(shí)現(xiàn)了在航母上的起飛和降落，為了通過這些試驗(yàn)，X-47B必須在航母甲板上緊挨著其他飛機(jī)和艦上人員機(jī)動(dòng)。在臨近降落的時(shí)候，飛機(jī)必須平衡自身的三維運(yùn)動(dòng)和航母甲板在海上的顛簸。X-47B在2015年成功地進(jìn)行了一次空中加油，平衡了包括X-47B本身、載人加油機(jī)和加油軟管接口三者的運(yùn)動(dòng)。第三個(gè)運(yùn)動(dòng)物體的加入使得挑戰(zhàn)的復(fù)雜程度產(chǎn)生了數(shù)量級(jí)的飛躍。控制它的認(rèn)知系統(tǒng)必須考慮包括加油機(jī)上人員所面臨的風(fēng)險(xiǎn)、氣象條件、加油機(jī)的留空時(shí)間在內(nèi)的各種處于變化中的因素，因此挑戰(zhàn)是巨大的。

很多沒有工程素養(yǎng)的人士都想當(dāng)然地認(rèn)為，技術(shù)的總會(huì)持續(xù)進(jìn)步，將來的結(jié)果只是簡(jiǎn)單地建立在過去結(jié)果的基礎(chǔ)之上。我們都清楚摩爾定律的內(nèi)容—處理速度每18個(gè)月左右就會(huì)提高1倍，這也是許多人將技術(shù)進(jìn)步視為理所當(dāng)然的原因之一，同時(shí)也因此使得我們認(rèn)為，只要我們?cè)敢獾却?，技術(shù)終究會(huì)達(dá)到我們理想的目標(biāo)，而此時(shí)基于計(jì)算的一切問題都會(huì)迎刃而解。

載人飛機(jī)近年來的發(fā)展似乎也支持了這種想法，1974年的首架F-16樣機(jī)軟件代碼為13.5萬行，2006年的首架F-35原型機(jī)則有700萬行代碼，而最新量產(chǎn)的F-35戰(zhàn)機(jī)的軟件規(guī)模達(dá)到了2400萬行代碼。30年前的B-2轟炸機(jī)能夠在一次任務(wù)中打擊8個(gè)獨(dú)立的目標(biāo)，而目前則能夠打擊80個(gè)。但是，這些都是載人機(jī)，大部分的認(rèn)知需求都是由訓(xùn)練有素的飛行員提供的。要是沒有飛行員的話，處理速度就不能勝任了，那些時(shí)刻變化的判斷也就要靠軟件算法提供。

軟件算法在概念上非常簡(jiǎn)單，就是使計(jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)計(jì)的一套規(guī)則來解決具體問題。但是，如今的算法需要學(xué)習(xí)過程并將學(xué)到的東西用于解決各種意想不到的問題。實(shí)際的操作環(huán)境從來就是隨機(jī)的，因此算法必須處理現(xiàn)實(shí)世界的可變性、不可預(yù)見性和固有的隨機(jī)性。自主系統(tǒng)目前的許多進(jìn)步都不是硬件能力的線性增長(zhǎng)，我們當(dāng)前所深入的計(jì)算機(jī)科學(xué)世界正在呈現(xiàn)能力的非線性加速。已經(jīng)取得的巨大進(jìn)步使得X-47B飛機(jī)能夠不依賴人類飛行員即可展開行動(dòng)。X-47B甚至可以多次精確可靠地在飛行甲板的相同位置精準(zhǔn)著艦，以至于海軍要求在控制算法中加入隨機(jī)性算法，使得X-47B的著艦位置能夠更為分散，使甲板的某些位置不至于過度磨損。

自主飛機(jī)自然還需要取得巨大進(jìn)步，X-47B今后的挑戰(zhàn)將是證明它能夠在即使遭遇干擾和GPS失效的情況下依然能夠完成任務(wù)，需要證明它能夠在充斥著友軍和敵方部隊(duì)的混亂環(huán)境中，戰(zhàn)勝敵人的反制措施和網(wǎng)絡(luò)攻擊。下一步的挑戰(zhàn)將是相當(dāng)高的障礙，需要處理各種挫折和無法預(yù)料的問題。

長(zhǎng)久以來，國(guó)防工業(yè)將各種能力轉(zhuǎn)化給了商業(yè)世界，催生了整個(gè)行業(yè)的擴(kuò)張和創(chuàng)新，為人類帶來了驚人的利益，GPS、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星和通信技術(shù)都是如此。自主飛機(jī)的完全實(shí)現(xiàn)也同樣會(huì)給商業(yè)航空帶來巨大的利益，包括安全性、能力、運(yùn)作成本和效率。

創(chuàng)新必須加以管理，在目前財(cái)力有限的情況下，研究開發(fā)工作更加需要小心管理和培育。在創(chuàng)新、技術(shù)和人類智力資本的時(shí)代，最為重要的選擇就是支持和推進(jìn)研發(fā)和創(chuàng)新。對(duì)于技術(shù)行業(yè)的從業(yè)者來說，最大的利好就是涉身于復(fù)雜技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，使之最終成為人們不可或缺之物。自主無人飛機(jī)系統(tǒng)就是此類系統(tǒng)之一，最終不會(huì)局限于軍用，而會(huì)變得越來越可靠，越來越強(qiáng)，越來越通用，也越來越經(jīng)濟(jì)適用。自主無人飛機(jī)的價(jià)值和潛力正在不斷地得到驗(yàn)證，不久之后定會(huì)安全地整合到我們的安全體系和經(jīng)濟(jì)體系之中。（李洪興）

美國(guó)陸軍開發(fā)機(jī)器蟑螂

據(jù)美國(guó)defense one網(wǎng)站2016年2月8日?qǐng)?bào)道，在美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的微小自主系統(tǒng)和技術(shù)（MAST）計(jì)劃的資助下，伯克利的研究人員開發(fā)了一款名為帶關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的可伸縮機(jī)器人（CRAM）—機(jī)器蟑螂。

蟑螂是一種令人厭惡的昆蟲，站起來有12.5毫米高，但是在尋找隱藏處的時(shí)候可以迅速擠進(jìn)只有3毫米的縫隙中，且其形態(tài)變化并不減慢其逃跑速度。美國(guó)研究人員開發(fā)的機(jī)器蟑螂比蟑螂大不少，有手掌般大小，但是也具有與蟑螂同樣的形狀變化特點(diǎn)。據(jù)其開發(fā)者在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上發(fā)表的文章說，CRAM也可以和動(dòng)物蟑螂一樣，通過將身體高度壓縮54%，由75毫米變成35毫米，在垂直高度受限的空間行進(jìn)。同時(shí)，這也得益于它具有摩擦力小的殼體。CRAM可以不依靠外部的動(dòng)力和控制，完全自主地在有限的空間內(nèi)爬行。包括電子系統(tǒng)和電池在內(nèi)，其總重量只有46克。

CRAM并非美國(guó)軍方開發(fā)的第一款機(jī)器昆蟲和半機(jī)器昆蟲。此前，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）出資開發(fā)了一款機(jī)器蒼蠅，重量只有60毫克，站立高度為3厘米，不過其實(shí)際控制仍然是一個(gè)問題。美國(guó)軍方也出資開展了多項(xiàng)機(jī)器昆蟲計(jì)劃，將微型計(jì)算機(jī)裝到昆蟲身上，創(chuàng)造了半機(jī)器半昆蟲的怪物。還有一些研究人員創(chuàng)造了通過直接刺激神經(jīng)和肌肉來控制甲蟲的系統(tǒng)。

機(jī)器蟑螂可以用于災(zāi)難救助，讓它攜帶信息資料收集設(shè)備，進(jìn)入倒塌的建筑物廢墟中搜尋幸存者，但其并非僅僅用于緊急救助，其主要目的是開發(fā)自主機(jī)器人來為部隊(duì)在狹小的空間收集情報(bào)和態(tài)勢(shì)感知信息。有報(bào)道稱，參與計(jì)劃的研究人員正在開展使用機(jī)器蟑螂進(jìn)行偵察方面的工作。（李洪興）