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北約對未來 20 年世界顛覆性技術的識別和預測

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-08-21  瀏覽次數:15973
核心提示:北約科學技術組織2020年3月發布了《科學和技術趨勢:2020-2040》1,對未來20年世界新興和顛覆性技術(Emerging and Disruptive T
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  北約科學技術組織2020年3月發布了《科學和技術趨勢:2020-2040》1,對未來20年世界新興和顛覆性技術(Emerging and Disruptive Technologies)作出了識別與預測,旨在加深軍事和文職決策者對新興顛覆性技術的理解并助其做出判斷形成決策。報告主要著眼并服務于軍事,但其分析預測的未來顛覆性技術具有十分重要的普遍意義與借鑒價值。

 

報告認為,數據(Data)、人工智能(AI)、自主技術(Autonomy)、太空(Space)、高超聲速(Hypersonic)、量子(Quantum)、生物技術(Biotechnology)以及材料(Materials)這八大技術領域對世界的影響將會是顛覆性的。報告在常規的線性評估單個技術領域的基礎上,創新性地研究分析了顛覆性技術間的協同作用和影響,并總結闡明了未來顛覆性技術發展總體趨勢的“四化”(智能化、互通化、去中心化和數字化)特點及交互作用。

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高度集成地提出了一套顛覆性技術的研究方法并相應作出預測評估

1.顛覆性技術預測評估的集成創新方法
  該報告提出的對顛覆性技術的預測評估方法,創新集成地運用了當下知名國際機構組織如NASA、Gartner、谷歌和布魯金斯學會等關于顛覆性技術的測量工具和指標,具有極高的權威性。該方法具體指出新興顛覆性技術發展情況和進度需要從技術對未來的影響、外界關注度、發展水平、成熟周期、與北約行動能力和軍事發展相關性等方面進行綜合性立體式的考慮。

在對未來產生的影響評估方法上,報告聚焦技術對當下和未來環境的威脅、法律和政策對技術的約束、政治因素、市場投資決策,以及企業對吸收技術的驅動力這五個因素展開評估。在研究外界對技術的關注度方法上,報告采用了Gartner的技術評估、北約科技組織的技術觀察活動、對于“谷歌趨勢(Google Trends)”的網絡搜索活動的分析等技術預見方法。在對研究技術領域的發展水平、成熟周期、與北約行動能力和軍事發展相關性等方面分析時,報告則更多地采取了北約科技組織內部技術觀察活動的評價方式、作戰能力分類以及其他現成的計算設備,如NASA的“技術成熟度水平(Technology Readiness Levels)”。

2.未來20年具有顛覆性影響的八大類技術及其領域
  報告將一系列能在未來帶來顛覆性影響的技術分成八大類:數據、人工智能、自主技術、太空、高超聲速、量子、生物技術以及材料。這些科技要么處于發展的初期階段,要么正在經歷著快速的革命性發展。2019年10月,前七個領域得到了北約國防部長們的認可,第八個領域(材料)被作為未來考慮和發展的領域納入。該報告認為,數據、人工智能、自主技術、空間和高超聲速領域已經有非常悠久的發展歷史,對軍事能力的顛覆性影響要么已經形成,要么將在未來5-10年內產生,因此具有壓倒性的顛覆性。量子、生物技術和材料作為新興領域,它們的發展需要更多的時間,也許10-20年,才能完全感受到他們的顛覆性。

鑒于每個新興的顛覆性技術包含不同的子領域,且每個領域都可能處于不同的發展階段,報告對前七個顛覆性技術領域的關鍵技術領域進行進一步的劃分,并采用統一的測量方式,評估了未來顛覆性技術各個子領域的軍事影響程度,并預測了技術未來成熟的時間點(詳見下表)。

顛覆性技術領域

技術關注領域

軍事影響程度

預期成熟時間點

大數據與

高級數據分析

高級數據分析

革命性

2025

新通信技術(如5G

2030

數據預測性分析與決策制定

革命性

2025

傳感器

2030

人工智能

高級算法

革命性

2030

人工智能的應用

革命性

2030

人機共生

2035

自主技術

自主系統

革命性

2025

人機協同

革命性

2030

機器自主行為

2030

反制措施

2025

太空

技術平臺

中等

2025

作戰

中等

2030

>航空傳感器

2035

高超聲速

超高聲速推進系統

2025

防御性反制措施

2030

量子

量子通信

2030

信息科學

革命性

2035

精準導航

2025

量子傳感器

中等

2040

生物技術

生物信息學

中等

2025

人體增強

2030

醫學救治措施

2030

合成生物學

2025


報告開創獨到地強調必須高度關注顛覆性技術之間的協同作用

  報告認為,現代技術很少以簡單的線性方向發展,傳統的線性式研究分析顛覆性技術的做法已經難以適應復雜多變的現代社會及其發展需求。因而,報告強調指出重視新興顛覆性技術間的協同作用與重視顛覆性技術本身一樣重要。報告判斷,下列技術的協同作用和相互依存關系將對未來技術發展產生重大影響。

1.“數據-人工智能-自主技術”協同作用
  報告預計,大數據和高級分析、人工智能和自主技術協同結合,將在未來十年對北約的軍事能力產生最大的顛覆性影響。智能的、廣泛分散的、無處不在的、低成本的、互聯互通的傳感器與自主實體2的擴大使用,將帶來海量數據,這些數據幾乎不可能用現存的方法和工具來分析的。相關的技術和方法將成為解決這些問題的基礎。這些技術包括5G以及類似的通信技術、認知電磁管理(Cognitive EM management)、物聯網、物聯人工智能(AI of things)3、更好的電池技術,甚至3D打印。數據、人工智能和自主技術的變化,加上太空、生物和量子技術的發展,有可能為北約的戰略部署和作戰決策創造優勢,這將助長對新的網絡概念和模因戰(mimetic warfare)能力產生新的研究需求。

2.“數據-人工智能-生物技術”協同作用
  人工智能和生物技術正以指數級的速度發展,其驅動因素是大幅降低的成本和不斷加速上升的商業利益。例如,最初的人類基因組計劃花了10個月,花費了30億美元(2001年)。今天,破譯一個人類基因組只需要不到一個小時的時間,花費大約1000美元。人工智能,與大數據和生物技術相結合,將對世界經濟和世界健康產生巨大影響。這種技術組合將大大有助于研發新藥、有目的地進行基因修飾、直接操縱生化反應、優化生物制劑、制造生物傳感器、開發新的生化核防御部隊對策和(通過元分析)識別新研究領域。利用人工智能來優化新生物制劑的設計,“分子-分子”或“細胞-細胞”這樣的生物設計將極大地擴展北約研發新藥物的能力,以及為傳感制造創造新的手段。這種顛覆性影響將不會局限于生物科學,而將反映在科學技術發展的所有領域。

3.“數據-人工智能-材料技術”協同作用
  人工智能與大數據相結合,將有助于設計出具有獨特物理性能的新材料,直接操縱化學反應,通過元分析支持創新設計的產生和新研究領域的識別,并將支持2D材料方面研究的進一步發展。這種顛覆性影響將反映在科技發展的所有領域。人工智能、大數據與3D/4D打印或生物制造技術相結合,將極大地促進可靠的、定制的、混合材料的產品的開發。

4.“數據-量子技術”協同作用
  在未來15-20年內,量子技術將通過加強提高傳感器能力、安全通信和計算能力,增強C4ISR系統的數據收集、處理和開發能力。特別是,量子計算可能大大提升預測分析的建模、仿真速度和保真度,并使量子方法能夠用于深度學習神經網絡,從而大大增強人工智能和相關數據分析能力。這種計算和模擬能力的加強也將通過對現有科學的元分析和量子主導系統的模擬對北約科技的實施產生重大影響。這種計算和模擬能力將創造新的基礎和應用科學、新的設計、以特定目的建造基因或有機體,并且發現新材料、化學和生物特性。所有這些顛覆性影響都有可能在2040年后出現。

5.“太空-量子技術”協同作用
  基于空間的量子傳感器,通過量子通信,將產生一種完全不同種類的適用于部署在衛星上的傳感器。目前,功率限制和傳感器靈敏度顯著影響衛星的設計和運行。下一代量子技術支持更小、更低功率、更靈敏和更分布式的天基傳感器網絡,這個網絡將成為北約未來20年情報、監測與偵查(ISR)架構的一個重要方面。目前衛星對地球通信(Satellite-to-Earth QC)已經在5000公里以上的范圍內完成了軍事演示。如果北約想要維持一個完全安全的全球通信網絡,發展大規模衛星發射的密鑰分配量子通信(QC)網絡將至關重要。特別是中國,正在制定一系列雄心勃勃的示范項目。預計未來5-10年的技術發展將極大地擴展這些早期試驗的規模,并為強大的商業能力提供技術框架。

6.“太空-高超聲速-新材料”協同作用
  空間和高超聲速是具有挑戰性的作戰領域。如果空間和高超聲速系統要充分利用這些領域的固有優勢和機會,就必須在特殊材料、新型設計、微型化、能量儲存、制造方法和推進裝置方面取得進展。空間和高超聲速系統面臨著許多相同的環境挑戰。研發新的低成本、堅固和特別耐熱的材料對開發實用而經濟的系統至關重要。拓展3D/4D打印使用規模也非常關鍵,因為打印關鍵部件(如發動機)將有助于降低成本并提升可靠性。

富有前瞻地剖析未來技術發展的“四化”特點及其交互作用

  報告指出,未來技術發展趨勢有四大特點,即智能化、互通化、分散化及數字化。其中,技術的智能化意味著未來的技術將越來越多的被人工智能、數據和知識分析所嵌入,機器的自主決策能力將會加強;技術的互通化即未來人們將看到越來越多的虛擬和現實網絡的融合,比如,互通的技術將支持形成一個鏈接傳感器、組織機構、個體和自主代理等主體的大型、綜合性的互通網絡;技術的分散化意味著去中心化,大規模的感知、存儲、計算、決策支持和研發活動以泛在的形式協同;未來技術趨于數字化,意味著人類、物理和信息領域的科技邊界將越來越模糊,將會出現新的生理、心理、社會和文化現實。報告據此認為,上述四種技術趨勢特征結合起來,將會極大地推動形成一種包括軍事在內的新發展趨勢。

1.智能化和互通化的交互作用:自治系統和代理主體
  智能與自主系統正逐步取代并超越人類的能力。到目前為止,自治系統能力還非常有限。人工智能的加入將使自治系統能夠顯著地進行更復雜的決策、自主活動,并進行復雜的人機協作。智能代理使用范圍將有趨勢拓展到虛擬現實領域,包括作戰網絡和數字社交網絡。自主代理將為戰略操作、戰略規劃等提供快速分析和建議,提升OODA循環系統(觀察-判斷-決策-執行)的有效性,并為一系列受舊策略約束的老問題帶來新的視角。這種智能作戰網絡有潛力將決策速度提高到人機交互和可視化的水平。

2.互聯化和數字化的協同作用:戰爭網絡的操作依賴性
  不斷演化、適應新環境的C4ISR作戰系統將形成深層次的操作依賴關系,并增加虛假信息、網絡與物理攻擊的風險。這種攻擊可能在沖突開始很久以前就開始實施,并可能間接地攻擊現代業務和戰略網絡的后勤、人員、信息、財政或其他保障支持要素。

3.互聯化和分散化的協同作用:更廣泛的作戰領域
  隨著作戰環境拓展到空間、網絡和更廣泛的信息領域,將會需要以更廣泛、互聯和多領域的視角來思考未來的作戰方式。多領域傳感器數量的增加,以及多領域任務和網絡邊緣處理能力的提高,將對控制、反控制能力,保護、反保護措施以及進一步的抗衡措施等功能產生新的要求。

4.智能化和數字化的協同作用:精準作戰的發展
  C4ISR作戰系統的數字化程度不斷提高,再加上小型化、邊緣處理的成本下降,極大地增強了精確打擊的發展。不斷發展的低成本的精確打擊武器,已經威脅到大型高價值武器的地位。然而,日益增強的數字化技術,也暴露了迄今未曾預料到的新漏洞。新的傳感器(如量子技術)、對合成現實(虛擬、社交、混合、孿生等)的更多依賴將帶來風險和機會。利用不斷增加的數據以及使用越來越復雜的分析工具,將推動新的作戰能力的發展。

  當前新科技革命與產業變革風起云涌,國際形勢復雜多變,如何更好地分析洞見顛覆性技術,對于我國未來的安全和發展至關重要。北約科學技術組織的這份報告對我國科技中長期發展,不斷提升科技創新策源能力提供了有益的視角和啟示。

1.這份報告建立在大量科技發展文獻、技術預見文獻和近些年成員國政府發展研究計劃的研究基礎上,凝聚了北約科技組織各成員國6000余名科學家、分析人員、研究人員和工程師,以及相關合作伙伴的研究成果和經驗,對未來顛覆性技術進行了分析預測。

 

2.物理或虛擬

 

3.人工智能與物聯網相結合的技術

來源于:三思派      
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