未来无人战士 中国如何制造

　　现在不仅美国、以色列，德、法、俄、韩等国也日益重视无人车、机器人的发展，推出的产品、类型越来越多，不只进行各种试验，还投入实战试用。据报道：美军在阿富汗、伊拉克的军事行动中，已经部署了约一万台各种类型的地面无人平台，执行过数万次各类任务，主要是排爆。2008年的美国电影《拆弹部队》开场就是一辆小型无人车去拆除炸弹。现在无人车除了排爆、侦察，其它的巡逻警戒、后勤运输、战场救护等任务，都在逐步承担，甚至已经发展到直接配备枪械、导弹作战。美国已经把在“魔爪”排爆机器人基础上改装出的战斗机器人拿到伊拉克战场试验。甚至连阿联酋这种小国都推出了无人战车。

　　无人战士的未来并不遥远。那我们中国的无人作战系统，该如何发展、研制？有哪些问题需要重视？

　　2015年9月23日，中国兵工学会主办的中国科协第108期新观点新学说学术沙龙，《无人机动平台技术未来发展趋势》在北京召开，兵器地面无人平台研发中心、中国北方车辆研究所、装甲兵工程学院、北京理工大学等20多家单位的50多位专家参会。大家分四个专业主题热烈讨论了两天，涉及我国地面无人作战系统如何发展的方方面面。会议刚开始，发言专家就谈到了——

　　民用无人车和军用无人车

　　现在民用方面，无人车已经走入很多实用领域，比如农业的灌溉、采集、种植等。工程方面，澳大利亚走得比较快，已经有无人的大型矿石运输车。这种车在露天矿坑里，沿着固定路线来回行驶，和农用无人车一样，面临的环境相对简单、固定，人类驾驶员存在工资成本高，容易疲劳引发事故等问题。

　　相对而言，在普通公路上行驶的轿车，无人驾驶的难度要高一些。现在这方面正掀起一股研发风潮，很多大牌公司都在进军无人车市场。来自汽车行业的奔驰、宝马、奥迪等不用说，还有一些我们普通人不熟悉的汽车零部件厂商，比如大陆、采埃孚、LG电子、英伟达等。最引人关注的是，领导这轮风潮的是IT、网络行业的一些巨头，包括谷歌、百度、IBM、LG、高德等。因为在民用无人轿车的研发中，电子地图、网络技术扮演了很重要的角色，它们负责制定主要行动路线。这点我们在汽车导航上已经能经常体会到。

　　当然，无人轿车更主要的新技术在道路、障碍物的探测、识别，以及它们和电子地图的信息融合上。在这方面，军用无人车面临的困难就会大得多。比如会上有多位专家提出，军用无人车即便在野外识别出道路，也未必能自由行走，因为它很难知道前方的草皮下是否坚实、能够通行。即便是对自主化要求程度很低的遥控式无人车，如果仅靠回传的视频图像，操作员也无法判断前方能否通行。碰上这样的障碍就绕行，会让作战效能极大降低，显然也无法接受。即便是在民用无人车所处的城区环境，路面也很可能是受到破坏的，军用无人车要更多考虑突发的、意外的、更多种类的障碍物。

　　现在军用无人车的自主化水平、发展热度，都不如民用无人车。于是有些专家未雨绸缪，提出应及早考虑两者之间的关系。民用无人车的发展热潮能提供强大的市场需求和资金、技术推动，以便今后转换、移植到军用无人车；但很多资金、人才跑到民用无人车方面，又会对军用无人车的研发产生负面影响，毕竟它还需要很多民用无人车不需要、不关注的技术领域。两者应该怎么结合，制定什么样的规划，专家们提出了一些思考和建议。

　　车，不能闭门造。“地面无人平台国内外研究进展与未来发展趋势”，是本次学术沙龙的第一个专业主题。因此大家在后来的讨论中，经常涉及到下面的问题——

　　我们的差距

　　我国近几年在这方面发展还是比较快。比如2014年9月，我国举办了“跨越险阻2014”首届地面无人平台挑战赛，在国内引起巨大反响。比赛科目中结合典型的战场环境，模拟了拒马、街垒、弹坑、水坑等障碍，还有随机出现的横向穿越的机动障碍物。隧道环境等比赛设置，则考核了无人车的动态路径规划能力，比如进入原定路径后，前方出现阻挡，无人车要能重新进行道路规划，退出后重新选择路径通过。当然还有越野机动的考核。和美国同类比赛相比，我国的这次比赛虽然里程短、路况少，但在障碍、积水路面、动态规划方面更有难度，导航信息少，整体难度相当。

　　还有国外热门的“大狗”四足机器人，我国也有多家单位正在研究（参见题图）。在此后的讨论中记者也看到，我国无人平台专家在智能化、创新性机动方式、传感器布局等方面，研究水平还是紧跟世界潮流的。

　　但在总体技术水平，以及实际应用上，我们和国外特别是美国相比，差距还是不小。国外已经有各种类型的无人车投入实战或试验，大到近10吨类似步兵战车的，小到背包携带，甚至手掌大小的；任务上从排爆、侦察，到后勤、战斗，都有。从近几年披露的信息看，我国的无人车主要集中在中型、排爆，微型的大型的比较少，侦察等方面也还主要在试验、试用阶段。

　　其中原因，有专家认为一方面是我们在顶层设计、战略规划方面还不深入，现在的发展机制不太适合无人系统所涉及的庞大技术群。另一方面，则是国情、思想上的不同。或者说，咱们应该——

　　向美国人学习吗？

　　在投资力度、研究范围上，我国确实很难像美国那样大投入。在技术发展思路上，我国现在主要还是在向美国学习，这从无人平台的分类、任务、主要技术特点上，都可以看出。因为有的专家认为，发达国家在无人系统方面还是有很多优势，我们现在还是应该跟踪他们的脚步往前走、学习；到一定阶段后，找出适用我国国情的一些需求，再走自己的道路。

　　但也有专家认为不必向美国学习，因为他们的发展背景和我们不同。美国人在实战中，都是先以完全非对称的优势，把敌方的信息指挥、主要军力都摧毁，再用机器人去完成一些特殊任务。这和我国面临的安全环境、作战样式显然不同，因此咱们对无人系统的需求，首要不是排爆、作战之类的。

　　边防哨所，是大家提得比较多的地方。我国在这方面的任务显然要比美国多得多，特别是西藏这样高原山地的冬季，人员值守的困难很大。边境巡逻、重要目标安防，也被认为是我国更应该多关注的需求。

　　无人机最早是作为靶机投入使用的，因此无人靶标系统在整个无人系统中，似乎算老行当了。但也有专家提出，我们应重视发展无人靶车，性能上不仅仅是成本低，外形、雷达、红外仿真度高，还要能在靶场里自主运动，真实模拟目标的运动特征、战术特征，甚至可以集群行动，模拟敌方一个装甲连或装甲团的战术意图，能进行光电对抗。我军实战机会不多，因此更高级的靶场模拟设备，确实有更大需求。专家还认为，这种无人平台在一个固定场景里机动，自主控制、智能化方面的技术难度要小得多，更容易及早投入实用。

　　自然灾害、事故灾害的救援，被一些专家提了出来。在面临路面破损、道路堵塞、山体滑坡等情况时，普通的救灾车辆难以通行，武警战士往往要离开车辆，负重徒步行进。还有危险品区域的消防、救援，这在专家看来也是人员面临威胁大，非无人不可的领域，而且更贴合我们的现有国情。

　　对于美军比较热衷研制并投入试用的伴随式后勤支援无人车，比如“班组任务支援系统”（SMSS），有些专家则认为需求不高，而且我军比较关注的边境地区都是丛林和山林高地，地貌非常复杂，即便有人车辆通行都非常困难。用有些指战员的话说，“我再傻的兵也比你的无人系统聪明”。现在要研制成功可在这类地形机动的无人平台，确实在智能化、行动机构等方面都有很大的技术瓶颈。

　　侦察、引导，是否属于非无人不可的需求，专家们有比较大的分歧。这恐怕得看具体战场环境、无人平台的侦察水平了。

　　城市战中，小型无人平台还是有比较大需求，要代替人员前出。因此有专家提出，它应该是一种可一次性消耗的低成本产品。侦察水平，则要看无人平台的智能可以达到什么水平，这在后来有更多讨论。

　　其实归纳起来，大家还是希望无人平台执行尽量多的任务，但又都认为，地面无人机动平台面临很多技术瓶颈。沙龙主持专家刘尚合院士也提出：我国地面无人机动平台的发展、应用进程，明显不如无人机，国外也有类似情况；以前参会时有很多专家说地面平台要比无人平台难得多，包括有人的，比如电磁兼容。然后他请大家交流、归纳下地面无人平台的特殊技术难度都在哪里，特别是——

　　无人车比无人机、无人艇

　　大家一致认为——无人车更难，根源在环境。

　　无人机、无人艇周围的空气、海水，对它们的路径规划影响很小。比如无人机想到目标区执行任务，如果不考虑地面防空威胁，就可以制定一条直线航路。如有地面威胁，它可以根据敌方防空雷达、火力的坐标、作战半径，计算出一条绕过它们的曲折航路，这在数学计算上不难。即便这些威胁不能事先都标明，无人机或其它平台上的现有电子侦察设备，也能对其进行探测，然后实时修改航路。这与有人战斗机上的技术难度基本一样。而无人车，无论在野战场、城市战，任何一个小坑、土丘、垃圾桶、破损路面，对它来说都是类似防空雷达的威胁，都需要它在路径规划时予以识别、计算。进胡同后前方突然被堵，它就得根据记忆中走过的道路，找出条返回绕行的路径。

　　在规整、不变的道路上行动，是不是就像无人机、无人艇呢？还有一个环境反馈问题。比如空气、海水的阻力影响是比较平稳、可预测的，而在地面上，坡度、土质都会对动力系统产生变化的反作用。一台车用发动机，在坦克上即便只能用500小时，放在船上后用几千小时也没问题。车上的任务载荷，各种光电探头，要能承受坎坷路面的振动，甚至要能在运动中保持稳定的瞄准、跟踪。这都是无人机、无人艇不需要面对的。

　　对环境识别的解析度（也就是清晰度），无人机只需要几十米就基本够了，因此GPS这类系统足以担任一般飞行中的导航控制任务。即便自主降落，机场也是一个十几米宽的目标，无人机左右偏差两三米也没问题。而无人车差半米就可能掉进沟里，GPS对它来说根本不够用。再就是通讯，受各种遮挡，有些地方可能连无线电信号都没有。

　　所以无人车要想像无人机那样自主机动，技术难度非常大，即便是指定一个目标点让它自己开过去。现在民用无人车正在大力发展自主化驾驶。这类技术能嫁接到军用无人车上，特别是对中型无人车。国外大多用其执行后勤支援、战斗任务。对于无人平台的重要性、研制基础，专家们也产生了一个小小的争论——

　　无人车的底盘怎么来

　　有专家认为，这类无人车的平台直接用有人车改过来就行。不少国家也是这样做的，比如用全地形车加上摄像头、激光雷达等传感器，一套自动驾驶装置或遥控操纵装置，再加上光电设备、机枪榴弹等任务载荷，就形成完整的地面无人系统。必要时，人员可以上车，操纵它继续执行任务。在用于后勤支援的伴随型无人车上，有专家认为这样的车足够用了。

　　但另一些专家认为，无人平台的关键就在平台本身，包括底盘，因为它的运动方式、机动性能直接关系到无人车的战术用途，以及智能化要求；军用无人车应该用全新研制的底盘，不用考虑人乘坐，要什么路都能走，不怕摔不怕碰，甚至坠落以后还能开。这样全新的无人车，或者说新设计的机动平台有两大优点。第一，降低自主控制技术的难度，因为一些简单的障碍物比如马路牙等，就可以不考虑了，能降低环境传感器探测识别、自主路径规划的工作量。第二是提高机动性，获得超过有人车辆的作战性能。比如这种无人坦克潜渡时，能在更宽更深的河流，更陡峭的河岸、海滩突然登陆。

　　当然，全新的底盘也有一个缺点，就是一旦出现控制问题，无人车很容易失去作用。通过设置备用或临时的有人操作席位，能解决故障抢修、救援问题，但也会让它原有的作战能力打不小折扣。这样的新底盘在结构、技术上，有些方面的研制难度比传统底盘小，比如不用考虑对人的舒适性、安全性了，但它会需要更加坚固的车身结构、动力装置。

　　对现在应用更广泛的小型无人车来说，倒是不存在这个选择难题，都得重新研制底盘。但它们基本上都被要求能扔来扔去，底盘的结构，包括摄像头等任务载荷，都得足够坚固。

　　到这你可能已注意到，本届沙龙的名称是以“无人机动平台”开头的，不是“无人车”。在讨论中，专家们也对一些名称、词汇表示了异议——

　　无人车、无人平台、机器人

　　最初用在地面、能移动的无人平台都是车结构的，所以大家都习惯这样叫“无人车”。后来不光是轮子了，样式越来越多，特别是仿人和动物的足式机器人。近几年非常受公众关注的“大狗”，美国人经常将它称为“rough-terrain robot”，翻译过来就是“全地形机器人”，国内也常把它称为“四足机器人”。

　　还有一些微型机器人，仿造甲虫的六条腿实现移动。另外，美军正在研制的“多用途通用/后勤装备车辆”，英文缩写是MULE，底盘是六轮结构的，却被经常称为“Robotic Combat Support System”，也就是“机器人战斗支援系统”。mule意译过来是“骡子”的意思，所以也有把它翻译为“骡”式无人车、“骡”式机器人的。

　　有专家就提出，国内当初翻译“robot”一词时，不够准确，因为英语中它更多指能自动执行的机构，没说要长得像人。现在真正在外形上仿人的机器“人”，研究也很火热，包括军用。除了美国，俄罗斯也展示过一款能驾驶摩托车、举枪射击的机器人。为了区分，国内有时把它们称为“双足机器人”或“人形机器人”。这样听起来有点累赘，而且前面那些骡呀狗啊的，四条腿、六条腿的，甚至仿蛇的，也叫机器人，确实有些别扭，也容易引起混淆误会。

　　因此在行业里，现在“无人平台”、“无人系统”用得越来越多。有专家就建议对“无人平台”、“无人系统”、“无人机动平台”、“机器人”等名称，再从术语的层面上规范一下，以便不同单位、不同机构之间沟通时减少歧义。

　　这个问题产生的根本原因，就来源地面无人平台在机动方式上，需要越来越多的形式，只有——

　　多形才能多行

　　机动水平要高，单靠车轮、履带已经不够了。

　　中型轮式无人车，现在多采用类似全地形车的六轮、八轮结构。也有不少新研制的产品，像MULE那样把六个轮子装在摆动臂的顶端，不仅更容易适应起伏地形，还能爬台阶、侧走斜坡，趴下隐蔽。还有的采用前后分段的铰接车体，通过液压装置调整前后段车体的俯仰角度，提高越障能力。装甲兵工程学院、内蒙古一机集团等单位的专家，展示了多种结构样式的高机动平台，从已经投入南极考察使用的全地形车结构，到铰接式车体、轮足结合，还有水陆两栖结构的。

　　有一种采用麦克纳姆轮（Mecanum Wheel）的全方位移动平台（参见本刊2015年第5期《会走漂移的国产“机械爬虫”》一文），能实现任意方向的移动和转向。以这种底盘研制后勤支援型无人车，很适合在狭小场地执行搬运任务，比如在航母上装弹、牵引舰载机，在战备仓库里的搬运弹药物资。

　　履带式无人车，越来越多地采用组合式结构。轮履混合，也是一大发展趋势，特别是在中小型无人车上。而且在小型无人车上，还经常出现一些结构灵巧的机动方式，甭说四轮、两轮，独轮也行。

　　相对来说更创新的行走机构，是“大狗”、机器蛇这类仿生的。现在无论地面还是空中、水下，各国对仿生机器人（暂且这样叫，其实应该叫仿生平台）的研究都很热。但有专家也提出了疑问：应该——

　　仿生还是不仿生

　　好几位专家都提出了不必追求仿生。

　　理由从一个层面来说是技术、使用上的。“大狗”那样的四足机器人，国外也还处于研究阶段。它的难度不仅在计算机、自动控制等方面，还在一些看起来有点传统的机电方面。比如控制机器腿运动的作动器，要具备足够宽的动态相应频率（也就是能快速伸缩），这样才能适应平衡控制的需求。否则“大狗”发现自己歪斜后，算出了该哪条腿伸出去，可腿的动作跟不上，照样得摔。另外，这些作动器还有其它结构，要能承受长期、反复、高频率的冲击振动。足部每次落地时要承受的冲击力，有可能是自重的十几倍。还有能量密度问题（也就是动力、电池）。“大狗”现在用的发动机，噪音很大（对此也有专家提出不同看法：坦克噪音大不大，怎么没人说它不适合上战场）。而到小型、微型无人机上，以现在的电池技术，除非在原理结构上有重大突破，否则很难满足这些腿、翅膀持续工作足够长时间。现在的电动机，也和动物的肢体运动有很大区别，所以一些国家在研究仿生肌肉。

　　环境识别和规划问题，也是自主式无人平台发展上的一个技术瓶颈。因此有的专家认为“大狗”这样的平台实践意义不大，提出了一个大胆的想法：别仿生了，直接在生物上做；这样选择范围广，比如大象能载重，小猫小狗灵活，可以解决困扰我们的几个大问题。当然，这在生物学方面需要投入更多研究，找到有效控制控制生物体运动的方式。

　　还有专家进一步提出：现在研制生命体机器人，理论技术上已经可行，但存在伦理问题；是不是可以尝试非生命体的活体与机器人、无人平台结合。比如利用生物技术培育出动物腿，直接在无人平台上的，可生长型的。这样形成的一种有机、无机混合结构的无人平台，也许能绕过现在动力装置、环境感知、控制等方面遭遇的技术瓶颈。

　　另一种不看好仿生的专家，则不是从工程技术层面来思考，而是上升到了哲理层面——人类迄今最成功的工具系统，是轮子，而它是在任何生物体上都没有的结构；所以要脱离仿生，从纯粹的理论角度研究一些新的机动方式。

　　北京交通大学的姚燕安教授，介绍了一种连杆式地面移动系统。简单地说，它是由一些可伸缩或伸展的连杆组成的框架，改变各连杆的长度，就能变换自己的外形、重心，从而实现滚动、翻越、钻洞等动作。通过向两侧反复伸展各个关节，它还能在缝隙间攀爬。美国NASA也有这样的研究项目。这种有点纯理论化的新颖运动方式，引起了参会专家们的关注。

　　仿生不仿生，包括此前对于平台、底盘结构，我国发展需求等各方面的争论，其实都和下面这个关键问题有关——

　　无人系统应该多聪明

　　“魔爪”无人车，曾是知名度最高的排爆机器人，随美军在阿富汗、伊拉克执行过数万次任务。后来美军给它加上机枪，变成无人战车。在伊拉克试用不久，就传出它瞄准操作者自己的事故。这还是遥控型的，要是自主能力更高的无人车呢？因为监控更少，在遇到故障、干扰，产生判断、操作错误时，很容易产生更加糟糕的结果。这就涉及到无人平台的自主化水平。

　　在各国对无人平台的分类中，都曾按自主化水平进行过分级，比如美国曾采用过10级标准。但这个分类方法也经常改变，有专家介绍说美国后来就修改了标准，换成另外一种打分形式。对此进行分级确实很难，因为评价角度、标准太多。

　　简单来说，无人平台的“智力”水平可以分为三级。最简单的是遥控，无人平台自己不做任何决定，包括行驶速度、方向等。中间级是无人平台能自行探测障碍物等情况，按指示或规划路线、方向行动，必要时询问操作员，比如设置路径关键点，识别目标等。高级的，是得到命令后就基本能自行完成任务，包括避障机动、目标探测和识别等，人可以进行监视，无人平台只在人询问时才作应答。当然从理论上说还有更高级，就是无人平台自己规划任务、识别目标的水平，已经全面超过人。

　　智能水平越高，研制难度自然越大。因此沙龙上对无人车究竟应该多“聪明”，专家们有相反的观点。

　　一方认为无人平台既然要上战场，那活动半径要能超过10千米；能全天候行动，昼夜雨雾雪都不怕；高机动，能前往没经历过的野外环境。一句话，自主水平越高越好。

　　另一方则认为不要过分关心它的智能水平，重要的是在复杂环境下能不能用，通讯可靠，因此遥控型就够用。而且遥控距离500米，甚至200米都够了，因为“这东西不能离我太远，太远了我没法放心，它传回的信息我还未必能信呢。这无人车，最重要的是替代我去执行一些危险任务，所以我这人能在控制回路里，它的智能高低还有啥关系？笨点，不过是增加点我的工作强度，但我能联系上、看到它，就好用了”。因此这些专家建议，无人平台的研制先从相对简单的规则路面、城市作战入手，让军方更早更快拿到可用的装备。

　　还有专家提出，现在对无人平台的战术需求并不清晰，一个原因就是可用、试用产品太少。应该尽快把单个无人平台投入试用，逐步推广完善，然后以此为基础完善需求，发展多个无人平台协同的概念。因为在他们看来，无人系统不会是单独一台台应用的，必须与其它系统合作，包括有人操作的火炮、坦克，其它的无人车、无人机等。

　　如何提高无人平台的智能水平，清华大学邓志东教授介绍了一种新方法，就是让无人平台自己——

　　好好学习 天天向上

　　国外针对人工智能的复杂性，正尝试开发各种学习系统，让机器人自己学习。它们的“大脑”是神经网络结构的计算机，也叫做非冯诺依曼计算机。我们现在的普通计算机都基于冯诺依曼体系结构，有两个基础特征：二进制数值计算，程序或指令顺序执行。神经网络计算机则是模仿大脑、神经元的处理方式，能并行处理多种数据。这样的学习型计算机、无人平台，不再是先编程输入很多规则、阀值等标准，比如告诉它怎么根据光学图像、雷达回波判断前面是狗还是树，有台阶还是水沟，而是通过输入海量资料让它自己逐渐学会判断。今年上半年曾引起大家关注的图像识别人工智能基准测试，就与此有关，谷歌、微软的深度学习系统可以达到4.8%、4.94%的错误率，低于人类的5.1%。

　　因此利用深度学习系统、神经网络计算机，让无人平台具备自主识别道路、障碍的能力，很有希望。与会专家们对这项技术表现了浓厚兴趣，还有专家认为它完全可以在无人侦察系统上发挥巨大作用。

　　侦察、环境探测，都主要依赖传感器。而无人机动平台对环境探测传感器有某些特殊要求，比如距离不必远，但解析度要高，响应速度要快，抗干扰能力强。有专家就介绍，咱们过去的无人车会布置很多传感器，前后左右都有，而且很依赖主动激光雷达；现在大家已经取得共识，认为好的无人平台都是传感器使用尽量少的。

　　还有专家介绍了一种可快速识别障碍的传感器。它向前方打出一条条横向激光线，同时上方的摄像头通过一个光学窗口拍摄360度图像。如果有障碍物，比如小土坡，这条线看起来就会有凸凹，对线条进行处理，就能识别出障碍物，还有水坑。它数据处理简单，成本低，有利于无人车快速行进。有专家还提出在摄像头、激光雷达以外，应该考虑触觉等其它探测、传感形式。

　　两天的学术沙龙会上，50多位专家们探讨的问题当然不只上面介绍的那些，观点看法也还有很多。比如关于多无人平台模拟蚁群、蜂群的协同；地面无人平台的微型、轻型、小型、重型等如何划分，除了重量还需考虑按尺寸、使用划分；环境探测传感器的产业链、国产化问题，等等。

　　相信这次学术沙龙会，将让我国的无人系统的研制工作得到更多启迪和促进。希望中国的无人战士，更快地走向保家卫国的战场！

　　本刊记者/熊伟

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