专栏名称: 战略前沿技术

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DARPA最新动态：探测和跟踪潜艇的技术、安全自主应用技术、小型无人机自主导航技术、神经工程系统设计项目、电子产业振兴计划……

战略前沿技术 · 公众号 · 科技媒体 · 2017-07-21 08:41

正文

BAE系统公司发展探测和跟踪潜艇的技术

[据BAE系统公司官网2017年7月18日报道]美国高级研究计划局（DARPA）授予BAE系统公司460万美元的合同，用于移动舷外秘密通信和途径（MOCCA）项目。该项目旨在实现对水中平台的远距离探测，并降低自身被反侦察的风险。

先进的海洋技术是美国防部的关键，是美军队需持续强化的领域。随着敌方建造大量的潜艇，MOCCA项目将使美军在探潜领域获得优势。

MOCCA项目第一阶段的目标是BAE系统公司设计有效的声呐装备，搭载于UUV，尽可能的扩大声呐的探测距离，改善声呐的目标识别和跟踪能力，同时开发UUV与其指控潜艇的隐蔽通信技术。MOCCA项目中的UUV直径为21英寸或更小，可在浅水、海底或其他严苛环境中作战。MOCCA项目可提升BAE系统公司的创新研发能力，其研发团队与DARPA紧密合作，最终将使美海军获得作战优势。

（来源：国防科技信息网，作者：中国船舶信息中心晓梦、彭飞）

DARPA大力发展安全自主应用技术

[据军事航空网2017年7月18日报道] 美国军事研究人员将在下个月向业界介绍一个旨在提高机器自主性技术的项目，以使其能够在例如在限制空域与客机一起自主飞行的无人机等关键安全领域应用中使用。

自主技术对军队越来越重要，研究人员在过去十年中取得了巨大进步，无人驾驶平台已经广泛应用在空中、陆地和海洋等空间。

传感器技术、驱动器技术、计算技术、控制理论;、设计方法和工具，以及建模与仿真技术的创新是实现机器自主性进步的基础。

然而，尽管取得了这些进展，但在国防军事应用中采用这种自主系统仍然具有挑战性和争议性，机器自主技术的可靠性是确保广泛应用的关键。

DARPA即将保障自主项目（Assured Autonomy project）旨在确保自主系统能够按预期安全运行，这将提高对机器自主技术的可靠性并加速其应用。

保障自主项目（Assured Autonomy project）的目标是开发严谨的设计和分析技术，以确保根据经验自主学习的自主机器的安全性。

该项目将以军用自主平台为主要对象，生成一套可用于商业和国防部门的公共软件工具。 DARPA力求进行技术创新，在满足机器学习的目标前提下，通过在学习过程中纳入安全约束，使机器学习算法从根本上做到安全可靠。

（来源：国防科技信息网，作者：工业和信息化部电子第一研究所温胜昔）

DARPA投资6500万美元启动

脑机接口计划

原型产品四年后推出

美国国防高级研究计划局（DARPA）开始了其“神经工程系统设计计划”（Neural Engineering Systems Design，简称NESD），正式进入脑机接口领域。而该计划的目标是——制造能够连接一百万个神经元的高保真度大脑植入芯片。

DARPA于美国当地时间本周一宣布，NESD计划将耗资6500万美元，同时集结脑机接口领域最精干的研发力量。本计划的参与方包括五家科研机构及一家公司，分别为：布朗大学、哥伦比亚大学、约翰皮尔斯实验室、加州大学伯克利分校、法国视觉研究所，以及初创公司Paradromics。

脑机接口的概念确实已不是什么新闻，但在这个人工智能大行其道的年代，把人脑和计算机结合起来的想法总是能引起人们的关注。自上世纪人类发现脑电波活动开始，就一直在想象并尝试通过大脑电信号来控制电子设备。

而且，随着研究的不断深入，对脑机接口的研究早已不是让猴子控制机械臂那么简单了。目前世界上最好的脑机接口应用在一名叫 Erik Sorto 的瘫痪病人身上。他于2013年接受手术，将几百个神经元连接在芯片上控制机器臂为他料理生活。

几百个神经元已经对瘫痪病人意义重大了，若是将芯片连接到一百万个神经元上，就能以更丰富的信号控制更多的外部设备，比如键盘鼠标、轮椅，甚至机器人。

但DARPA的目标可远远不止控制外部设备这么简单——它们的技术方向有两个：芯片不仅要能够记录脑信号，还要能够将电子信号逆向反馈至神经元中。这样一来，就算是失明者和失聪者也能通过神经芯片重获光明、恢复听觉了。

而DARPA在周一的发布会上表示，一百万个神经元其实还只是个开始。

“一百万个神经元是人脑中860亿个神经元中的沧海一粟。神经系统的复杂性远远超乎我们的想象，”项目负责人Phillip Alvelda表示，“但如果我们成功地将丰富的感应信号传回脑中，我们的项目将为新的神经治疗方法奠定基础。”

NESD计划的参与方之一，硅谷初创公司Paradromics的CEO Matt Angle表示，该公司正研制一种叫做“神经输入输出总线”（Neural Input-Output Bus, NIOB）的微型电极束。每个电极会与多个神经元连接，而总共包含20万个微型电极的四个电极束可以连接一百万个神经元。

图丨NIOB微电极束放大图

“微型电极从上世纪五十年代就开始应用了，但它们过去是无法集成的，”Angle表示。“按照现有的技术，每个微电路都要连接一个放大器，所以如果你要用十万个微电路，工作量就会无比庞大。”

但Paradromics公司解决了这一问题。通过精细打磨，微电极束的头部变得无比光滑，并被直接连接到一个CMOS放大器阵列上。“我们保证每一个微电路都最大可能地与CMOS面板接触，”Angle解释道。“但如果有几个点没有碰到面板，也不会造成太大影响。”

如往常一样，DARPA对技术开发的里程碑也做了设定。在NESD计划的第四年，Paradromics必须要完成感知系统修复疗法的原型。

而Paradromics的任务则是完成患者的语言能力恢复。NIOB装置将会从脑中的颞上回区域接收信号，该区域主要负责将听觉信号处理至音位级别（音位是能够区别意义的最小语音单位），而大脑的其他部分则负责高级的语义分析。

图丨由微型电极组成的微电路，每个微型电极的直径仅为20微米

该公司的灵感源于加州大学伯克利分校的神经科学家Robert Knight教授的研究。Robert Knight表明，在人们自言自语时，其脑中颞上回区域的电信号能被提取出来重建语句本身。也就是说，使用者能够通过想象说话的过程，并经过脑机接口来控制语音合成装置来说话。

虽然Paradromics选择语义分析最为其首要目标，其硬件却可以用于多种神经应用。只需要改变芯片植入的位置和解码软件的种类就能实现功能切换。

然而，Paradromics面前仍存挑战。Angle设计了一系列的植入芯片，每个芯片上都有五万个微电路，这些电路将把信号传输至头皮之下、头骨之上的一个中央传送器中。为了提升系统的效率，植入系统本身也会分担一下处理任务。“你必须要在体内就做出传输什么信号的决策，”Angle说，“因为你不可能让系统每秒解码并传输50G数据。”

图丨脑植入芯片

所以，中央传送器在无线条件下将数据传输至头皮表层的一个贴片中，也必须以同样的方式以贴片为基础进行无线充电。

反观另一边，NESD计划的其他五个合作伙伴也在视觉、语言、触觉方面进行研究。

神经工程师Arto Nurmikko领导下的布朗大学的团队，正计划使用多个独立的、谷粒一样大小的“neurograins”（神经谷粒），将其置于大脑表层并与独立的神经元交互，最后将数据传输至随身携带或是植入皮肤内的一个贴片中。

图丨布朗大学的Neurograins网络

在一份邮件中Nurmikko表示，他的团队正在研究如何植入neurograins、如何保证这些电子元件的密封性和安全性，以及如何处理传输的大量数据。而最大的挑战是，如何搭建一个由一万个neurograins组成的通讯网络，并使其传输有价值的数据。

“即使有着十万个neurograins，我们也不能连接每个神经元，然而那并不是我们的目标。”Nurmikko写到，“我们想要聆听大量神经元活动，由此理解大脑的计算过程，比如说听觉皮层是如何解析语言和音乐的。”

(来源：DeepTech深科技)

DARPA选出6支团队开展

神经工程项目工作

7月10日，美国国防高级研究计划局（DARPA）宣布向5家研究机构和1家公司授出合同，以支持“神经工程系统设计”（NESD）项目工作。

DARPA于2016年1月公布了NESD项目。该项目旨在研发一种能够在大脑与数字世界之间实现精准通信的植入式系统。这种接口可将大脑神经元的电化学信号转化成IT语言的0和1。该研究有望增进科学家们对视觉/听觉/语言神经基础的理解，并最终为神经缺陷患者带来新的疗法。

NESD项目是一项跨学科的研究，涉及神经科学、低功耗电子器件、光子学、医疗器械包装与制造、系统工程、数学、计算机科学，以及无线通信。参与该项目的团队不仅要面对工程学硬件、生物适应性和通信方面的挑战，还要研发先进的数学与神经计算技术，以编/解码神经数据及压缩有价值的信息。

DARPA选出的研究团队及其研究重点如下：

一、布朗大学团队。将寻求对语言神经处理进行解码，侧重听觉感知的音调与发声方面。团队设想的接口由植入大脑皮层上/中的10万个亚毫米无缆式“神经颗粒”传感器网络组成。这些“神经颗粒”的电力由一种可像柔性电子贴片一样穿戴或植入的独立射频装置提供，该装置还是与负责转码并处理神经及数字信号的外部指挥中心进行数据中继的枢纽。

二、哥伦比亚大学团队。将研究视觉领域，开发一种面向大脑视觉皮层的非穿透性生物电子接口。团队设想在视觉皮层上放置一层含有集成电极阵列的柔性互补金属氧化物半导体（CMOS）集成电路。植入装置的电力与通信由一种可戴在头上的无线式中继站收发器提供。

三、法国视觉与听觉基金会团队。将研究视觉领域，通过运用光遗传学技术实现大脑视觉皮层神经元与人造视网膜之间的通信。

四、耶鲁大学约翰·皮尔斯实验室团队。将研究视觉领域，寻求研发一种接口系统，让具备生物发光能力、能够对光遗传学刺激做出反应的改良后神经元，与全光假体进行通信。

五、Paradromics公司团队。旨在利用大型的穿透性微丝电极阵列创造一种高数据速率的皮层接口，以实现对神经元的记录与刺激。团队将寻求研制一种植入式装置来支持语音恢复。Paradromics公司的微丝阵列技术利用了传统电极丝的可靠性，但又将这些线丝与专业互补金属氧化物半导体（CMOS）电子设备相连，试图突破电极丝旧用法在可扩展性与带宽方面的局限。

六、加州大学伯克利分校团队。旨在研发一种新的“光场”全息显微镜，可探测和调制大脑皮层中一百万个神经元的活动。团队将试图创建量化的编码模型来预测神经元对于外部视觉及触觉刺激的反应，然后利用预测结果构建可引起大脑视觉或体感皮层感知的“光刺激模型”，这种设备可辅助失明者，或充当控制人造假肢的脑机接口。

来源：“国防科技要闻”（ID：CDSTIC），作者：中国国防科技信息中心高吉

DARPA：四轴无人机实现自主跨障碍飞行

据美国国防部高级研究计划局（DARPA）官网日前称，“快速轻量级自主”项目第一阶段处于收尾阶段，已在佛罗里达州中部进行了一系列满载传感器的四轴无人机跨障碍飞行测试。

小型四轴无人机借助车载摄像头和智能算法导航，可自主飞行通过杂乱的建筑物，在遍布障碍的环境快速推进，高达每秒20米。该技术的潜在应用包括安全、快速扫描建筑物内部威胁，在敌对领土茂密的森林地区或丛林中寻找被击落的飞行员，或在地震或其他灾难时定位幸存者。

大多数人没有意识到以往的无人机是依赖遥控器、GPS，或两者兼具。低成本的小型无人机在很大程度上依赖于GPS定位，还必须校正估计飞行器的高度和速度，尤其是在做急转弯飞行时。

DARPA项目经理称，此次测试是采用先进的算法，实现无人机无需人工干预或GPS导航，就能实现自主飞行。据称，无人机必须通过感应器准确地计算出所有路障情况，以规避障碍并完成任务。

（作者：远望智库乐天）

DARPA黑科技：小型无人机自主导航

无需借助GPS或人为操控

E安全7月13日讯美国国防高级研究计划局（DARPA）“快速轻量自主飞行”（FLA）计划上个月经过成功试飞后证明，小型无人机很快将不需要依靠GPS或人为操控自主导航。

DARPA发布新闻稿指出，在佛罗里达州中部经过四天的测试后，DARPA最近宣布取得重大突破。试飞标志着小型四旋翼无人机取得显著进展，能在无人操控或无GPS导航的情况下越过障碍环境。高级软件算法和传感器能使无人机越过障碍物自主导航，发现目标物体。

！！！美国DARPA小型无人机自主导航无需借助人为操控或GPS-E安全

DARPA公共事务官员表示，无人机能帮助士兵远程评估GPS无法正常使用的建筑内、地下等作战领域，或在敌人干扰电子信号时进行评估。这种无人机还可以收集传回给操作员的全动态视频或静态图像。

DARPA FLA项目经理JC Ledé解释称，小型的低成本无人机过渡依赖遥控操纵装置和GPS，这不仅是为了了解无人机的具体位置，还用于纠正无人机预计高度和速度中的误差。FLA计划中的无人机必须依赖自身的精确度避免障碍物，并完成任务。

无人机如何自行绕过障碍物？

在无法使用GPS的环境中试飞论证了几种不同的导航方法和技术。

立体视觉方法

据宾夕法尼亚大学计算机与信息科学教授卡米罗·泰勒描述，其中一种方法是使用立体视觉惯性测距（Stereo Visual Inertial Odometry）和光检测和测距（LIDAR）技术。

泰勒表示，立体视觉惯性测距要求在四旋翼无人机前安装两个立体照相传感器。立体相机具有多个镜头，每个镜头带有单独的图像传感器，这就意味着能使用三角测量算法模拟人眼的感知距离和三维能力，并且这种立体视觉方法可以解决尺度模糊的问题。

DARPA指出，惯性测量导航还能利用冷原子干涉技术，这种技术使用软件算法监测传感器内部致密原子的加速度与旋转性。

据报道，试飞的无人机具有一个“点头”LIDAR传感器，顾名思义，这款传感器能来回扫描，就像点头一样。LIDAR系统使用特殊的近红外激光器，会释放电磁脉冲并测量返回波长，从而计算距离和路径上物体的3D形状。

预先编写地理等线索到无人机软件

试飞中探索的另一种方法，是从人们提供方位的方式中获取灵感。

科学系统公司AeroVironment首席研究员安德鲁·布朗宁博士表示，当GPS无法使用，并且与基站没有任何遥控连接时，这种方法面临的其中一个挑战是，飞行之前，对环境知之甚少。

麻省理工大学Draper实验室的首席研究员尼古拉斯·罗伊博士表示，为了解决这个问题，另一项无人机原型技术将地理或物体线索预先编写到无人机软件中，以便让无人机在感知到障碍物时左转。另外，导航技术依赖实时传感器和决策，最终人工智能学习技术可能会也被纳入其中。

DARPA发布的新闻稿指出，FLA计划希望无人机使用轻量、现有技术，并使飞行速度达到45 mph，即45英里/每小时。

Ledé表示，FLA的目标是开发高级算法允许无人机或无人驾驶地面车辆不依靠人类遥控操纵装置、GPS或任何无人机或车辆的数据链运作。但面临的挑战是开发最先进的软件程序，提供更复杂的解决方案，而不仅仅是增加该技术的计算能力，因为计算硬件为四旋翼增加了累赘的重量。理想情况下，自主飞行无人机的算法将在类似智能手机的单个计算主板上运行。

既然这一轮测试已告一段落，不必依赖GPS的小型自主飞行无人机将会迈入项目第二阶段。

DARPA推出电子产业振兴计划

后摩尔定律发展方向能否确立

DARPA将在今年七月启动一项2亿美元的计划，并针对后摩尔定律时代的发展方向寻求广泛的意见，以提振美国电子产业...

为了提振美国电子产业，业界将启动一项耗资近50亿美元的计划，几位高阶主管也将在最近的第一场活动中齐聚一堂。随后在矽谷还将举相关活动，针对后摩尔定律(post-Moore’s-law)时代的新材料、架构与设计流程，在科技界寻求更多更广泛的意见。

由美国国防部先进计划署 (DARPA)推动的电子产业振兴计划(ERI)计划旨在满足军事与科技产业的需求。DARPA计划支出2亿美元，其中的7,500万美元资金将由2018年财政预算拨出。

DARPA微系统技术办公室(MTO)总监Bill Chappell负责监督此计划，他指出这项计划没有特别要求业界分担计划的费用，但应该以公司努力所得来的商业价值来衡量…[而]我们认为适合的成本分担比重是1：1。

DARPA将于九月利用活动中所得到的回馈意见来征求计划提案，每个获选的计划可自行拟定时程表与交付成果，但DARPA计划的时间通常只有四年。

这项计划的花费不小，但比起这项计划的远大抱负来说，这笔金额不算太大。此计划旨在加速后摩尔定律时代的研究，Gordon Moore曾在他的文章中定义芯片微缩的概念。

DARPA的ERI网站中提到，它们包含“整合新材料与功能建构模组、自动化设计以及大型功能建构模组与架构的再利用”。

七月中有两场活动将可促进ERI计划提案在产业界与学术界中顺利推广并获得投资。半导体产业协会(Semiconductor Industry Association；SIA)的高层上个月在部落格文章中称许这项措施，但也指出该措施提出的时间正值其他半导体相关工作与单位进行经费削减。

首先是7月11日在美国华盛顿特区(Washington D.C.)举办的高峰会，仅限于65位国防承包商的高阶主管与会，他们将会在部份的计划提案中采用新科技。此外，7月18～19日在圣荷西举办的两天座谈会中，“希望能邀集业界对于研究开发投资的愿景、目标与指标提出看法与意见。”

在这两场活动中，DARPA与业界合作伙伴将会分享如何为该计划提案的要点与细节，这些活动提供与会人士一个互动交流的机会，借此寻找合作伙伴。此外，在圣荷西的活动中，与会者将以五分钟的时间向DARPA专案经理说明自己的提案内容。

DARPA在2012年的报告中提倡以硬件专用化克服CMOS元件微缩挑战

寻找材料、架构与EDA工具

在活动中，DARPA将会针对ERI计划的三大重点区域——材料、架构与设计自动化提供更多细节。

关于材料部份，研究人员将调查矽元素以外的周期表，作为超低功耗存储器或逻辑和存储器合并区块的发展基础。他们也将探索能为光学运算、模拟电路、被动元件、光子元件与非挥发性存储器开启新市场的材料。

这项工作可能会吸引其他DARPA既有计划，像是为雷达芯片研究混合代工制程的多样化可用异质整合(Diverse Accessible Heterogeneous Integration；DAHI)计划，或是为SoC定义模组化IP区块的共同异质整合与智财权再使用策略(Common Heterogeneous Integration and Intellectual Property (IP) Reuse Strategies；CHIPS)计划。

DARPA还提出一些前瞻性计划的例子，像是3D交错式阵列、忆阻器网路和碳奈米管(CNT)电脑。

关于芯片架构，ERI计划将寻找较大范围的新领域，像是智慧编译器动态地重新配置系统，也包含最近在计算机协会(ACM)活动中小组座谈与会者所预测的——随着摩尔定律式微，特定领域架构将会出现。

举例来说，DARPA上个月概述了在分层辨识验证利用(HIVE)计划中针对绘图处理器的研究，并引用2012年的报告，提倡以硬体专用化来处理CMOS元件微缩的问题。

关于设计自动化，研究人员提到“，随着电晶体的尺寸日渐缩小，设计的复杂度急剧增加，需要雇用大型、高度专业化的设计团队”，采用昂贵的电子设计自动化(EDA)工具以及36个月的设计周期。

它要求采用像是机器学习(machine learning)设计和验证工具之类的替代方案，用于IC、封装和电路板的非人机回圈(no-human-in-the-loop)实体布局。

DARPA指出，其于2016年支持的一项计划花费不到1百万美金，成功地制造了内含45亿个电晶体芯片的16nm处理器，进行这项计划的Andreas Olofsson本身曾是企业家与处理器设计者，现在则是主导一项ERI计划的经理，专注于设计工具方面。

ERI计划将补助由DARPA和半导体研究机构(SRC)联合成立的联合大学微电子计划(Joint University Microelectronics Program)，DARPA称它是大学研究计划中，针对基础电子学最大的计划之一。

（来源：集微网）

美国防高级研究计划局

授予BAE系统公司

小型无人机用多功能射频系统研发合同

2017年7月4日，美国C4SIRNet网站报道称，美国防部国防高级研究计划局（DARPA）已授予BAE系统公司两份“射频任务操作中融合的合作式单元”（CONCERTO）项目合同（实际上BAE系统公司官方网站早在2017年6月5日就宣布该消息）。

配装CONCERTO项目成果的小型无人机飞行想象图。从该机外形看，是美国英西图公司为美海军研制的RQ-21“二十一点”（又译“黑杰克”）无人机（英国BAE系统公司图片）

这两份合同的总金额为5400万美元，根据合同，BAE系统公司将重点解决兼备情报、监视与侦察（ISR）和电子战功能的无人机有效载荷问题，使机上空间和可用功率受限的小型无人机也可实现多功能。BAE系统公司在声明中指出，该公司“正在发展相关技术，使紧凑的无人机系统能利用单套多功能有效载荷执行多种使命任务，而且这种有效载荷能够实时地适应战场环境和任务需求”。

配装CONCERTO项目成果的小型无人机作战运用概念。从图中看，该小型无人机可利用综合射频系统，承担通信中继、地面动目标指示、合成孔径雷达成像等功能（英国BAE系统公司图片）

BAE系统公司技术发展经理兰德拉·拉皮耶尔（Randall Lapierre）表示，“这种敏捷性在拒止环境中尤其重要。在这样的环境中，通常需要多种功能来穿透防御和维持作战。通过使小型平台系统共享核心零件，我们正在促使小型平台变得更敏捷、能在战位执勤更久”。

下面的视频是BAE系统公司发布的，显示了配装CONCERTO项目成果的小型无人机系统的作战运用概念。

（来源：空天防务观察（ID:AerospaceWatch），作者：中国航空工业发展研究中心张洋）

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