核心动力！军用生物技术将引领下一轮军事革命
生物技术军事化应用涉及军事、生物、物理、材料、信息等诸多学科，通过借鉴和利用生物众多优异结构和特殊功能，为武器装备创新发展提供新的源泉，成为武器装备变革的重要推动力量，并在不断催生新的作战样式和作战理念。近年来，以美国为代表的世界军事强国高度重视军用生物技术的发展，已在生物电子与计算、仿脑控脑、仿生领域、生物能源等多个领域取得重大突破，将对武器装备、作战空间、作战方式、战争形态等产生深刻影响，逐步引领信息化军事革命向生物化军事革命转变，可以预见的是，生物技术将成为21世纪新的科技制高点，将提供下一轮科技革命的核心动力。
（一）将军事攻防深入到微观生物领域，为未来战争提供新的战略威慑手段。科技是一把“双刃剑”。当前基因组编辑、合成生物学、新型神经学等现代生物技术发展十分迅速。这些技术的发展也带来生物武器扩散、生物恐怖袭击、病原体跨物种感染、跨地域传播等一系列重大安全问题。利用生物技术破坏生物体微观结构进行生物攻击，将会影响到人员、装备的防护性能，使现有防护能力大大降低甚至失去防护能力。生物技术武器具有不易被发现和防御，被攻击后很难迅速诊断及治疗、很难进行预警和有效预防等特点，在未来战争中具有极强的震慑作用和战略威慑能力。
（二）演生新型作战力量和作战样式，颠覆战斗力生成模式。军用生物技术将攻防领域由宏观拓展至微观，将从人和武器装备两方面颠覆传统战斗力生成模式。一方面使得作战力量朝着无人化、智能化方向发展，推动“超级士兵”、“动物部队”、“机器人军团”走向战场；另一方面推动作战样式由传统机械武器作战向微观生物攻防方向发展，诞生“制生权”、“制脑权”等新型作战概念。战争不再把从肉体上消灭敌人作为唯一选项，而是在确保制胜的前提下，从微观层面压制或疲惫目标，使敌丧失抵抗能力。
（三）引发新一轮科技革命，带动军事科技前沿技术取得突破。生物技术引领新一轮生物科技革命乃至更广泛范围科技革命的前景日渐明朗。新一轮生物科技革命有望在未来5~10年系统性展开。生物技术的跨越式发展，将大幅提升对生命过程的理解，人类社会长期探索的生命起源、意识起源两大最前沿问题有望得到根本解答。与生物科学交叉、融合发展的人工智能、脑科学、量子、纳米等一大批军事科技前沿技术有望随之取得突破。
（四）创新武器装备研发思路和模式，催生新一代武器装备。生物体是武器装备源头创新的强大技术源动力。包括生物电子、仿生、仿脑、脑控等新技术的转化应用，将催生出一大批有望或已经展示出广阔前景的军事武器装备。例如，利用仿生技术研发的生物电子红外传感器，可应用在目标识别和敌我判断装置上，提高战场环境下的侦察监视等态势感知能力；DNA芯片、DNA电子元器件、人工突触等用于设计弹载计算机、导引头等高精度电子设备，可提高武器装备的小型化和智能化水平，利用仿生技术和可穿戴设备研发的智能机器人、外骨骼装备将显著提高作战部队的整体作战能力。
在国防领域地位凸显，研究成果亮点纷呈
（一）生物安全受到各国政府高度重视，许多国家把生物安全纳入国家战略
生物安全属于非传统安全，是国家安全体系的重要组成部分，与国家核心利益密切相关。当前国际生物安全形势正处于大变局的关键时期，传染病疫情不断，生物武器滥用风险增加，实验室生物安全漏洞颇多，世界范围内频发的严重“生物事件”，使得国防已经突破陆、海、空、天、电的疆界。
图1 美国政府发布的生物防御战略
“生物疆域”安全，越来越受到各国政府的高度重视，许多国家把生物安全纳入国家战略。2017年初，美国官方情报界发布的《2017年度全球威胁评估报告》等将基因编辑列入“大规模杀伤性与扩散性武器”清单；2017年12月，美国总统特朗普在其上任后首份《国家安全战略》中全面阐述了其关于国家安全的政策立场，特别强调了生物安全问题的重要性；2018年6月，美国科学院发布的《合成生物学时代的生物防御》报告提出，“美国政府应该密切关注合成生物学这个高速发展的领域，就像在冷战时期对化学和物理学的密切关注一样”。2018年9月，特朗普政府发布了上任后首份《国家生物防御战略》，该战略是美国首个全面解决各种生物威胁的系统性战略，提出要加强统筹规划和协调，通过建立分层风险管理体系，防止恐怖分子利用大流行性疾病和生物武器对美国进行攻击。俄罗斯总统普京2017年初表示，“没有遗传学和生物学，俄罗斯就不可能保全下来”，俄罗斯未来六年的“最高任务”计划在遗传学和生物学等多领域实现突破；普京高度关注生物安全问题，2017年10月，俄罗斯总统普京发出警告，指责美国采集俄罗斯公民DNA数据，要求政府警惕可能针对俄罗斯进行的生化袭击。英国、澳大利亚等国家也纷纷实施国家生物防御战略，增强针对未来可能出现的更高级威胁的应对能力。
（二）生物电子技术发展迅猛，生物芯片和纳米传感器等基础研究取得突破
生物电子技术以生物的信息过程为研究应用对象，并以人脑信息处理的功能模拟为最终目的，将生物信息处理的优异特性应用于电子和信息学，推动革命性变革。当前生物电子技术已在DNA芯片、人工突触、新材料和柔性结构等产品上取得突破。
图2 使用大肠杆菌进行数据编码的过程
不断催生新型计算机和存储架构。哥伦比亚大学成功创建一种在DNA中存储数据的方法，创造出迄今最高密度大规模数据存储方案，新系统将具备1克DNA存储215拍字节的能力，达到了理论极限值的85%；哈佛大学成功将电影片段存储到细菌活体细胞中，经过多次迭代后，存储在基因中的电影信息保存完好；美国情报高级研究计划局（IARPA）2018年5月发布“分子信息存储”项目，推动生物存储技术研究；DARPA于2017年4月发布“分子信息学”项目跨部门公告，寻求开发一种可在分析和化学层面处理来自侦察、电子战、信息情报、持续监视等数据密集型军事应用领域的海量信息流技术。美国亚利桑那州立大学和哈佛大学维斯生物启发工程研究所开发出迄今最复杂的生物计算机，该计算机能在大肠杆菌活细胞内对12种不同指令同时做出反应，控制细菌细胞的行为；美国微软公司与华盛顿大学研发出大幅提升DNA分子运算的方法，经过实验证明，新型DNA计算机仅用7分钟就完成包含3个输入链的与门，之前的设备则需要4个小时完成同样的任务。
新型生物传感器灵敏度达到分析水平。当前纳米生物传感器广泛应用于医学、生物芯片、环境检测、军事医学监测等领域。国外机构预测生物传感器市场2020年将达到270亿美元，复合年增长率超过10%。美国伯克利实验室开发出一种称为“生化鼻子”的具有单分子水平灵敏度的纳米传感器，可以在几分钟内准确地检测和诊断分子水平；瑞典乌普萨拉大学和巴西研究人员开发出可以检测单分子的新型纳米传感器，可以方便、便宜地鉴定DNA中不同的核苷酸序列；韩国科学家基于声音震动原理，研发出一款源生于“蜘蛛”仿生学的纳米缝隙传感器，可以在92分贝的实验环境中捕捉到测试人员的声音。
（三）仿生和可穿戴技术快速发展，战场救护和人体增强装备层出不穷
仿生技术可通过模仿生物系统的原理和特异功能，并应用到各类装备中，有效提高武器装备性能，同时提高士兵生存能力。近年来，仿生技术和可穿戴技术取得快速发展，诞生出以仿骨材料、可穿戴外骨骼、智能作战服等为代表的一大批战场救护和人体增强装备。2017年1月，美海军利用太平洋鳗鱼的黏液制造出可用于制造防弹、防火、防污、潜水保护产品或防鲨喷雾剂的新型人造材料；韩国顺天乡大学采用冷冻干燥法制备出一种新型氧化纤维素纳米纤维丝蛋白支架，该支架能够有效促进伤口愈合，有望应用于战伤急救领域；葡萄牙纳米技术和智能材料中心研制出一种内含微量蜡状物质的纳米胶囊，能使人体温度保持在一个舒适范围内，用于重伤员救治。加拿大麦吉尔大学研究人员受鱼鳞等生物护甲功能启发，制造出兼具柔性和抗刺穿性能的仿生防护材料，其抗刺穿性能是柔性弹性体的10倍左右；美国太平洋西北国家实验室、劳伦斯·伯克利国家实验室和华盛顿大学利用类肽材料自组装技术，研发出类似于贝壳或骨骼的仿生材料，美国麻省理工大学制备出仿海螺壳抗冲击复合材料，该材料抗冲击性能比传统纤维复合材料高70%，可用于制造装甲防护系统；美国哈佛大学联合沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学研制出一种仿生无序多孔网状纳米结构涂层，通过改变材料厚度，可构建颜色梯度，用于车辆可见光隐身。
图3 纳米机器人示意图
军用可穿戴外骨骼和智能作战服旨在扩充或增强人体的生理机能，提高士兵携行能力、减轻负重对士兵的损伤，从而提高士兵负重情况下的持久作战能力。美国已先后推出多款军用可穿戴外骨骼及“勇士织衣”智能作战服样服，并开展了测试评估。这类装备一旦投入使用，将大幅增强士兵的机动携行能力和综合防护能力，进而提高士兵的战斗力和生存能力。2017年8月，美陆军发布自适应仿生飞机结构（ABAS）的项目书，旨在利用仿生学来制造载人或无人飞机，可在半空中改变机体形状；英国皇家海军公布一批未来潜艇及负载概念。概念的设计灵感主要来自海洋生物，希望能在未来50年彻底颠覆水下作战方式。英国国防部花费71.8亿元资助国防科技实验室（DSTL）进行军用仿生蜻蜓无人机研究，该无人机能用于城市监测、战时侦查、伤员搜救等领域，该无人机长约 120 毫米，重约 20 克，飞行时速达 45 千米/小时，计划于2018年年底完成部署；韩国顺天乡大学采用冷冻干燥法制备出一种新型氧化纤维素纳米纤维丝蛋白支架，该支架能够有效促进伤口愈合，有望应用于战伤急救领域；葡萄牙纳米技术和智能材料中心研制出一种内含微量蜡状物质的纳米胶囊，能使人体温度保持在一个舒适范围内，用于重伤员救治。
图4 用于人体增强的多功能蒙皮
（四）仿脑控脑技术继续推进，人员与武器配合提升到全新高度
仿脑控脑技术的快速发展将能使人类超越智力、体能和心理方面的天生局限，使人和武器装备的结合达到前所未有的新高度,武器装备在某种意义上成为人体延伸出的“特殊器官”,进而使其作战效能的发挥最大化。一是体能增强的“超级士兵”取得重要进展。从2000 年起，美军开始从事“增强人体机能的外骨骼”(EHPA)计划的研究。洛马公司的可穿戴人体负重外骨骼（HULC）最大负重可达90.7千克，已有多套交付陆军进行实战测试；美军特战司令部与DARPA于2014年合作研发的“塔罗斯”战术突击轻型作战服，融合了传感、控制、信息耦合和移动计算等多项科技成果；美国防部提出“脑刺激计划”打造无所畏惧、能长时间保持高度警觉状态的“超级士兵”；俄罗斯的“未来战士”套装也已在叙利亚战斗中得到检验。二是脑控部队的研发在不断推进。人和武器装备的结合程度是战斗力生成的重要影响因素。为提升人机结合度，尝试利用脑机交互技术实现大脑直接控制武器装备或其他生物体取得进展，未来实现人与武器装备一体融合的脑控部队成为可能。DARPA就在全美6个实验室开展“思维控制机器人”相关研究，2013年启动“阿凡达”研究项目，研究由人脑远程控制的“机器人部队”；同年，由美陆军和联邦政府资助的华盛顿大学科学家首次实现人类异体控制；2016年2月美国《新闻周刊》报道，美军正在秘密研制“大脑调制解调器”，试验士兵直接用大脑控制无人机和武器装备，实现真正的“人机合一”，减少传统的大脑思维决策→肢体运动→控制武器而产生的时滞，提高作战行动和效率。三是动物部队的研究处于探索阶段。因动物天生具有的特殊功能，如犬类的灵敏嗅觉、鸽类的磁场定位等，因此可以训练成为一种特殊的军事力量，执行一些人类无法完成的军事任务。俄罗斯国防部决定推广使用动物执行作战任务，俄军现有约300名动物士兵。除了犬类，俄北方舰队海豹部队共有15头海豹，可执行保卫核潜艇和在舰艇布雷等任务。2016年美国海军拨款研究能探测炸弹的蝗虫。
图5 动物士兵示意图
结束语
生物技术作为一门新兴多学科交叉技术，有着广阔的军事应用前景。随着各国对相关研究投入的不断加大，生物传感器、生物芯片、仿生机器人、机械外骨骼等将加速成熟和应用。生物技术将对武器装备的信息化、智能化产生巨大的推进作用。当前生物技术的领域仍在不断延伸，未来随着生物技术与人工智能技术、纳米技术和量子技术的不断交叉融合，必将颠覆未来作战样式和作战理念，成为新军事变革的重要推动力量。
▋作者：郭彦江
▋来源：解放军报社装备发展部分社
▋监制：邹维荣
▋责编：韩阜业
▋编辑：弥向阳
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