王健琪

(空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系，陜西 西安 710032)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭呈現(xiàn)出信息化、智能化、認知化等形態(tài)，使得戰(zhàn)場的分布更加立體、分散和遠程，對衛(wèi)勤保障提出了更高要求，完全依靠傳統(tǒng)人力已無法完成未來戰(zhàn)爭愈加繁重的衛(wèi)勤保障任務(wù)。既往統(tǒng)計顯示，90%的戰(zhàn)傷死亡發(fā)生在傷員被送達醫(yī)療救治機構(gòu)之前的“戰(zhàn)術(shù)環(huán)境”中。在這一背景下，“時間就是生命”理念被各國軍隊普遍認同，隨著戰(zhàn)爭模式和作戰(zhàn)形態(tài)不斷發(fā)生變化，常規(guī)武器的信息化、智能化發(fā)展及新概念武器、核生化武器特別是無人機技術(shù)的應(yīng)用，使得“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的作戰(zhàn)特性更鮮明，武器打擊范圍更廣，殺傷效應(yīng)更強，對戰(zhàn)時衛(wèi)勤保障提出了更高要求[1-2]。我軍未來面對復(fù)雜作戰(zhàn)形勢，屆時將會面臨作戰(zhàn)單位更加分散、作戰(zhàn)地域跨度大等嚴峻挑戰(zhàn)。然而，現(xiàn)階段衛(wèi)勤保障技術(shù)，大多是建立在救護人員到達現(xiàn)場、面對傷員進行人工救治的基礎(chǔ)之上，難以適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭衛(wèi)勤保障的新要求。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭所表現(xiàn)出的形態(tài)里，很多作戰(zhàn)場合，如遇險飛行員救生、空降兵作戰(zhàn)、邊防海島駐守、核生化污染、跨域打擊等，專業(yè)救治力量難以預(yù)先部署并在時效期內(nèi)抵達戰(zhàn)場一線，現(xiàn)有的戰(zhàn)傷救治理論、技術(shù)和器材無法發(fā)揮作用，成為制約衛(wèi)勤保障的“最后一公里”難題[3-4]。

當(dāng)前，無人機、無人車、無人艇、機器人等無人化技術(shù)裝備已高度參與現(xiàn)代作戰(zhàn)，衛(wèi)勤保障也不例外，將無人化技術(shù)與軍事醫(yī)學(xué)相結(jié)合，應(yīng)用于衛(wèi)勤保障具有以下優(yōu)勢：一是能夠突破距離、時間、地理屏障的限制快速抵達戰(zhàn)現(xiàn)場一線，實現(xiàn)遠程無人化非接觸救治，滿足戰(zhàn)傷救治的時效性要求；二是避免一線救護人員在戰(zhàn)場高危環(huán)境中執(zhí)行衛(wèi)勤保障任務(wù)時造成的非戰(zhàn)斗性減員?，F(xiàn)實需求和技術(shù)發(fā)展催生了無人化衛(wèi)勤保障新技術(shù)[5]。

1 無人化衛(wèi)勤保障關(guān)鍵技術(shù)

無人化衛(wèi)勤保障技術(shù)是以信息、感知、機器人、無人機、無人化救治等前沿技術(shù)為基礎(chǔ)，在遠程、危險、復(fù)雜等特殊戰(zhàn)場環(huán)境中，代替或配合人類完成衛(wèi)勤保障任務(wù)的特種技術(shù)，其理念上追求的是對“有人”衛(wèi)勤保障的替代性，要求具有像人“腿、眼、手、腦”一樣的衛(wèi)勤作業(yè)功能。衛(wèi)勤保障的核心是救護生命，無人化只是戰(zhàn)爭形態(tài)變化所導(dǎo)致的現(xiàn)實條件要求，根本目標(biāo)是實現(xiàn)無人化救治，即無人化是手段，救治才是目的。所以要實現(xiàn)無人化衛(wèi)勤保障，必須解決兩個關(guān)鍵技術(shù)問題[6]。

1.1 無人化通道的建立

戰(zhàn)現(xiàn)場一線救治特別注重時效性，在專業(yè)救護人員由于各種復(fù)雜條件限制，不能及時或難以抵達戰(zhàn)現(xiàn)場時，快速建立無人化救治通道就顯得尤為重要，要求相應(yīng)的裝備像人一樣“長腿”。目前無人化通道的建立，主要從兩個方面著手：一是采用無人車、無人艇、機器人等技術(shù)建立地面、海上通道，通過運動式平臺，可以自主或半自主接近傷員，具有一定的越障、負重能力，可作為傷員搜尋、運送等載體；二是采用無人機技術(shù)建立空中通道，通過無人飛行器接近傷員，如固定翼、旋翼、復(fù)合翼無人機，可實現(xiàn)近程、遠程快速機動，突破距離、時間、地理屏障，建立戰(zhàn)現(xiàn)場一線救治快速通道，可作為衛(wèi)勤物資投送、傷情感知、生命支持、傷員轉(zhuǎn)運等的載體，是解決戰(zhàn)傷救治時效性難題的有效技術(shù)手段[7]。

1.2 無人化救治的實現(xiàn)

無人化通道的建立，只是解決了如何抵近傷員的問題，而最終目標(biāo)的實現(xiàn)則依靠搭載于運動平臺上的無人化救治裝備，要求無人化救治裝備像人一樣“長眼、長手、長腦”，技術(shù)難度大，技術(shù)水平要求高，如遠程精準(zhǔn)投送、遠程人機交互、形位力感知、復(fù)雜傳感等關(guān)鍵技術(shù)是當(dāng)前的世界性難題。

技術(shù)的發(fā)展，特別是醫(yī)工交叉結(jié)合，有力地推動了無人化救治技術(shù)的進步，如非接觸生物醫(yī)學(xué)信息感知、非接觸給藥、人工智能等新技術(shù)的出現(xiàn)，為無人化救治提供了基礎(chǔ)技術(shù)支撐。非接觸生物醫(yī)學(xué)信息感知新技術(shù)，充當(dāng)了無人化救治“眼”的功能，該技術(shù)以生物雷達為典型代表，以聲、光、電、磁等為探測媒介，可以隔一定距離獲取人體生命體征，無需在傷員身上放置電極傳感器，為無人化救護提供了一種可行的信息感知手段；非接觸給藥技術(shù)，充當(dāng)了無人化救治“手”的功能，該技術(shù)以氣動、射流給藥為典型代表，將藥物隔一定距離射入人體組織，起止血、鎮(zhèn)痛等作用，為無人化救護提供了一種可行的給藥手段；人工智能充當(dāng)了無人化救治“腦”的功能，旨在模擬人類的思維過程、學(xué)習(xí)能力和知識存儲，為無人化救護的傷情評估、診斷、救護策略制定等提供了有效的技術(shù)手段[8]。

無人化衛(wèi)勤保障技術(shù)融合了多學(xué)科、吸納了多領(lǐng)域最新前沿技術(shù)，最大限度挽救傷員的生命。

2 無人化衛(wèi)勤保障技術(shù)現(xiàn)狀

“白金十分鐘、黃金一小時”是戰(zhàn)場搶救傷員的最佳時機，隨著無人化技術(shù)對戰(zhàn)爭形態(tài)的改變，“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的作戰(zhàn)特性更加鮮明，“時效救治”核心理念更加突出，無人化衛(wèi)勤保障在時效性上具有獨特優(yōu)勢，其技術(shù)與裝備的研究引起世界各國的高度重視。從目前國內(nèi)外開展的探索研究現(xiàn)狀來看，無人化技術(shù)貫穿于衛(wèi)勤保障全流程的各個環(huán)節(jié)[9-10]。

2.1 無人化傷員搜尋

戰(zhàn)場衛(wèi)勤偵查、傷員搜尋是無人化一線救治的首要環(huán)節(jié)，傷員搜尋不到，則后續(xù)救治無從談起。因此，無人化戰(zhàn)場傷員搜尋技術(shù)與裝備成為各國軍隊優(yōu)先發(fā)展的重點。

傷員態(tài)勢感知、搜尋和定位主要依靠搭載于各類無人化平臺(陸地?zé)o人車輛、空中無人飛行器、海上無人艦船)的任務(wù)載荷來完成。高清光學(xué)圖像任務(wù)載荷是無人化平臺的標(biāo)配。如英國Martek Aviation公司研發(fā)的ViDAR無人機搜救系統(tǒng)，采用可180°旋轉(zhuǎn)并記錄的高清相機陣列，將單次掃描范圍擴大了80倍，同時結(jié)合自主學(xué)習(xí)算法，能夠自動偵測海上人眼無法看見的目標(biāo)，并向地面操作員傳回實時圖像(圖1)。該系統(tǒng)目前已被美國、英國、澳大利亞等國裝載在“掃描鷹”無人機上。紅外任務(wù)載荷通過感知人體熱輻射信息形成圖像，具有不受光照影響、可全天時探測的優(yōu)點。例如，比利時的Flying-Cam無人搜救直升機在航空相機的基礎(chǔ)上配備了紅外夜視及熱成像系統(tǒng)，用于夜間空中監(jiān)視和目標(biāo)追蹤等。我軍首架傷員搜尋無人機(圖2)由空軍軍醫(yī)大學(xué)研制，搭載多光譜探測器及紅外系統(tǒng)可支持在復(fù)雜環(huán)境中探測生命體[11-12]。

圖1 ViDAR無人機搜救系統(tǒng)

圖2 中國研制的傷員搜尋無人機

總體來看，無人化傷員搜尋目前已初步具備了傷員信息感知必要的技術(shù)手段，但仍難以適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的全天時、全天候感知需求，且戰(zhàn)場傷員屬于典型的微弱小目標(biāo)，目前常用的各類傳感探測器均面臨復(fù)雜背景下人體小目標(biāo)感知能力弱的問題。

2.2 無人化傷員后送

無人化后送平臺能進入常規(guī)有人化運載平臺無法進入的戰(zhàn)場區(qū)域進而快速轉(zhuǎn)移傷員，可顯著提高戰(zhàn)傷救治的連續(xù)性、靈活性和安全性。

美國研制的戰(zhàn)術(shù)兩棲地面支持系統(tǒng)由兩款機器人車輛構(gòu)成，可實現(xiàn)戰(zhàn)場傷員在受傷地點的短距離換乘和轉(zhuǎn)運，能夠?qū)麊T拖拽至擔(dān)架上轉(zhuǎn)運(圖3)。與機器人相比，無人機具有更好的遠程機動能力，成為近年無人化傷員后送技術(shù)與裝備的研究熱點。如美軍開發(fā)和測試了“Black Knight”多任務(wù)醫(yī)療和傷員后送無人機，負載能力為453 kg，飛行速度為240 km/h，可容納1名傷員。以色列研制的飛行擔(dān)架名為“醫(yī)療運送飛行器”，可容納4名傷員以及1名隨行醫(yī)生(圖4)。我國近年來也研制出了“億航184”無人運輸原型機[13-15]。

圖3 美國研制的戰(zhàn)術(shù)兩棲地面支持系統(tǒng)

圖4 以色列研制的“醫(yī)療運送飛行器”

總體來看，無人化傷員后送機動平臺雖然部分采用了無人化技術(shù)，但目前后送過程中仍需配備隨行人員，相關(guān)技術(shù)仍處于研發(fā)階段。

2.3 無人化傷情感知

對戰(zhàn)時一線傷員傷情的準(zhǔn)確感知，是實施救治及后送的基礎(chǔ)和依據(jù)。無人化傷員傷情感知主要有接觸式和非接觸式兩類。接觸式傷情信息感知多利用傷員佩戴的各種傳感器，完成生命體征信息以及周圍環(huán)境信息的收集。如美國空軍研發(fā)的可穿戴醫(yī)療系統(tǒng)，由一系列分布在士兵身上的微型傳感器和微處理器組成，可通過傳感器測量心率、呼吸率、體溫、液體攝入、睡眠與作業(yè)效能等參數(shù)，并實時傳送至單兵數(shù)字式作戰(zhàn)指揮通信網(wǎng)，為救護人員或指揮官提供救護措施決策支持(圖5)。非接觸式傷情信息感知不需要電極或傳感器接觸人體，可遠距離對傷員傷情信息非接觸感知。如借助可見光任務(wù)載荷獲取傷員的高分辨圖像，經(jīng)圖像解譯后對傷員受傷類型和部位作出初步判斷。紅外任務(wù)載荷可遠程非接觸獲得傷員體表溫度分布信息，對傷員的創(chuàng)傷出血部位作出大致判斷。我國空軍軍醫(yī)大學(xué)研制的生物雷達(圖6)，可遠距離、非接觸、穿透感知傷員呼吸、心率等基本生理信息[16-17]。

圖5 美國空軍研發(fā)的可穿戴醫(yī)療系統(tǒng)

圖6 中國研制的生物雷達

2.4 無人化傷員救治

無人化傷員救治是無人化衛(wèi)勤保障救治體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到傷員的生命。美軍開發(fā)的一種外傷生命支持與運輸系統(tǒng)，附加了多種高技術(shù)救治裝備，如可進行自動插管操作的蛇形機器手、高強度聚焦超聲波止血裝置等。荷蘭研制的無人化體外除顫系統(tǒng)，通過無人機向現(xiàn)場投送心臟除顫儀，專業(yè)醫(yī)護人員通過遠程視頻指導(dǎo)現(xiàn)場急救人員進行操作，能迅速響應(yīng)一線傷員的心臟驟停事件(圖7)?？傊瑹o人化傷員救治尚處于起步階段，救治技術(shù)和手段仍比較有限，是目前無人化衛(wèi)勤保障的薄弱環(huán)節(jié)[18]。

圖7 荷蘭無人化體外除顫系統(tǒng)

2.5 無人化醫(yī)療物資投送與三防

無人化投送技術(shù)在軍民領(lǐng)域均已得到研究和應(yīng)用，特別是通過大、中、小型無人機空中投送平臺，實現(xiàn)血液制品、戰(zhàn)傷特需藥物、衛(wèi)生裝備器材等醫(yī)療物資的快速、遠程配送和補給，可有效緩解戰(zhàn)時藥材裝備的保障難題。無人化技術(shù)因其靈活機動特性，特別適合用于執(zhí)行核生化危險區(qū)域的先期偵察、樣本采集、綜合檢測、藥物定點噴灑和消毒作業(yè)等[19]。

3 無人化衛(wèi)勤保障技術(shù)發(fā)展趨勢

無人化衛(wèi)勤是對現(xiàn)行的有人化衛(wèi)勤的補充完善，新模式的形成必須有新技術(shù)的支持，無人化衛(wèi)勤保障新技術(shù)涉及理、工、醫(yī)多學(xué)科交叉，特別是高度依賴人工智能、無人化、新材料及信息技術(shù)等前沿學(xué)科。現(xiàn)階段，如何加快無人化衛(wèi)勤保障戰(zhàn)斗力的生成，成為世界各國軍隊面臨的重大課題。然而，圍繞“無人化衛(wèi)勤保障”理念開展的相關(guān)研究大多處于概念驗證階段，且研究較為零散，未形成體系，距離實戰(zhàn)應(yīng)用有較大距離。無人化衛(wèi)勤保障技術(shù)未來的發(fā)展，需從“關(guān)鍵技術(shù)、裝備體系、應(yīng)用理論”三個層面重點研究[20-21]。

3.1 無人化衛(wèi)勤保障要選準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)突破口

無人化衛(wèi)勤理念上追求的是對有人化和醫(yī)院環(huán)境的替代性，但技術(shù)上存在難以實現(xiàn)的瓶頸，所以，必須選準(zhǔn)關(guān)鍵技術(shù)突破口。從無人化通道建立來看，無人機技術(shù)發(fā)展迅速，無人機平臺不但具有很強的自主功能，而且具備機動靈活的空中介入能力以及由此帶來的更強的時效性，各國軍隊紛紛選擇無人機作為一線戰(zhàn)傷救治的助力器，故應(yīng)優(yōu)先研究基于無人機平臺的無人化衛(wèi)勤保障技術(shù)與裝備，如空中遠距離傷員搜尋定位、傷員無人化空中后送等。從無人化救治來看，突破止血、通氣等無人化非接觸基礎(chǔ)生命支持技術(shù)是關(guān)鍵，在“白金十分鐘，黃金一小時”內(nèi)減輕傷員痛苦、延續(xù)傷員生命[22-23]。

3.2 無人化衛(wèi)勤保障技術(shù)要兼顧前沿性與可行性

無人化衛(wèi)勤保障新理念的實現(xiàn)，必將采用系列前沿新技術(shù)，但受無人化平臺載荷及相應(yīng)技術(shù)的限制，難以對救治目標(biāo)完全覆蓋，需兼顧技術(shù)的可實現(xiàn)性，突出一線救治的重點任務(wù)。如對于大出血傷員而言，利用無人化手段實現(xiàn)完全止血是不切實際的，立足現(xiàn)有的技術(shù)條件，無人化救護的目標(biāo)可調(diào)整為延緩出血，力爭使出血傷員平穩(wěn)度過“白金十分鐘，黃金一小時”，為傷員贏得更多救治時間。再如在氣道通氣方面，考慮到氣道管理中的喉罩通氣、手術(shù)開放氣道等急救措施是由經(jīng)過特殊訓(xùn)練的衛(wèi)生員現(xiàn)場對傷員實施，若這些較復(fù)雜的救護技術(shù)用無人化來實現(xiàn)，技術(shù)難度很大，但調(diào)整為通過呼吸興奮增加通氣量，就有實現(xiàn)無人化的可能[24-26]。

3.3 無人化衛(wèi)勤保障要注重技術(shù)裝備體系化

無人化衛(wèi)勤保障是一項系統(tǒng)工程，是在有人化保障的基礎(chǔ)上對整個衛(wèi)勤保障體系的完善和補充。因此，其技術(shù)裝備研究必須立足我軍現(xiàn)有衛(wèi)生器材裝備體系，注重體系化構(gòu)建。要結(jié)合無人化衛(wèi)勤保障的勤務(wù)需求，開展醫(yī)療物資投送、偵察、通信等現(xiàn)有裝備的無人飛行平臺加改裝研究和新型號專用無人化衛(wèi)勤保障裝備器材的研制，用“老+新”融合發(fā)展方式賦能衛(wèi)勤保障能力的快速生成。如結(jié)合空軍現(xiàn)有的醫(yī)療運輸機、救護直升機平臺，構(gòu)建涵蓋大、中、小、微小等型號，覆蓋高、中、低立體空中體系，具備遠、中、近程保障能力的“無人機+”無人化衛(wèi)勤保障裝備體系[27]。

3.4 無人化衛(wèi)勤保障理論研究要先行

新模式的出現(xiàn)，新理論須先行。為有效滿足未來“多域戰(zhàn)”衛(wèi)勤保障的新需求，美國陸軍制定了2030—2050年醫(yī)用機器人及自主系統(tǒng)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，并相繼提出“延續(xù)戰(zhàn)場救護”“延時傷員救護”等概念，提出戰(zhàn)現(xiàn)場一線救治手段的完備性應(yīng)讓位于救治效果的時效性，特別是針對重癥、危重、甚至瀕死傷員，應(yīng)首先對其提供基礎(chǔ)生命支持以延續(xù)其生命、緩解其痛苦，為后續(xù)專業(yè)力量跟進救治、后送爭取時間。這為無人化衛(wèi)勤保障新模式，提供了理論基礎(chǔ)支撐。因此我們亟需無人化衛(wèi)勤理論研究成果，用于指導(dǎo)相應(yīng)的技術(shù)裝備體系建設(shè)。如梳理基于飛行平臺的無人化衛(wèi)勤保障體系中各裝備器材的性能參數(shù)要求、編配方案和協(xié)同模式，細化和完善無人化衛(wèi)勤保障的作戰(zhàn)流程；制定救治時限、戰(zhàn)傷分級、救治策略、救治效果、藥械保障等無人化衛(wèi)勤保障規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；針對海島、高原、衛(wèi)生防疫、三防救援等重點關(guān)切場景和環(huán)節(jié)，建立典型無人化衛(wèi)勤保障應(yīng)用的戰(zhàn)術(shù)設(shè)想和細化方案等。