《设想美国空军2030年人工智能和增强认知的创意实验室》134页报告

人工智能和增强认知（AI；包含两者）已经为美国空军（USAF）的重要职能提供了指导。到 2030 年，人工智能将渗透到空军的所有任务领域。正如美国空军明确指出的，对美国空军科学至关重要的是，"未来不会自己发明自己"。据此，本报告的目标是帮助设想和指导美国空军发明未来的人工智能。因此，需要的是充分利用人工智能并推动其发展的研发工作，以及如何提升空军在所有任务领域保护国家的能力。

美国空军丰富的技术历史可追溯到几十年前（如 McCulloch & Pitts，1943 年；Rosenblatt，1958 年；Rummelhart 等人，1985 年；Hopfield，1988 年），但随着计算能力的进步，许多技术已迅速发展（LeCun 等人，1998 年；Hassabis 等人，2017 年），它们已经或即将在作战环境中无处不在。2030 年，它们很可能成为美国空军武器装备的核心。从自主无人机到人类可穿戴设备，智能机器及其与人类的接口正在接近彻底改变我国空军兵力作战环境的临界点。我们将这一最新趋势称为 人工智能加速。

必须认识到的是，美国不一定在所有相关技术方面都处于领先地位。这是一个重大弱点，也是一个需要克服的差距。我们的对手和盟友都注意到了人工智能加速的趋势。例如，俄罗斯总统弗拉基米尔-普京曾指出，"谁成为这一领域的领导者，谁就将成为世界的统治者"。(美国有线电视新闻网，2017 年 9 月 2 日）。法国总统埃马纽埃尔-马克龙（Emmanuel Macron）承诺法国将进行新的重大投资，"为......人工智能研究提供资金"（Rabesandratana，2018 年）。在中国，人工智能研发得到了精心培育，与此同时，中国对外国企业转让科学数据制定了逐步限制性措施（Ding，2018 年）。国家主席习近平说 "我们要加快把中国建设成为先进制造业强国，推动实体经济同互联网、大数据、人工智能等先进技术深度融合"。(路透社，2017 年 10 月 18 日）。

为了弥补这一差距，100 多位顶尖的学术界、工业界和政府科学家为这项研究做出了贡献，强调了'人工智能加速'可能如何塑造 2030 年的美国空军。这些专家在 2018 年第二季度以 "NSF Ideas Lab "的形式进行了在线讨论，其中一部分专家（本报告的作者）还进行了面对面的讨论，这种形式由 Knowinnovation（KI）促成，该组织在通过面对面和虚拟互动促进创新和跨学科科学进步方面拥有丰富的经验。

本报告整合了这些跨学科互动中产生的想法，并以美国空军及其作战人员为背景，重点关注三个关键领域：机器、人机和人类。下面我们将对这些术语进行操作性定义，并在图 1（第 16 页）中加以说明。

图 1：各层次人机交互示意图（报告的概念性组织结构）

机器

显然，我们需要开发能够自主运行、降低风险、与人类并肩作战，并能在空中和太空极端环境中长期运行的机器和算法。机器将取代并在某些情况下改变现有的能力。为了应对快速发展、高度动态的赛博空间可能带来的范式转变破坏，美国空军需要采取积极主动的姿态，包括在政府和私营部门研究投资的基础上，不断螺旋式发展新系统。专家们一致认为，变化不会沿着现有的趋势线发生。赛博空间正在迅速发展，因此高度动态的环境和快速变化很可能会打破人们的预期。专家们一致认为，关键是要投资研究，开发适应性强、灵活、稳健、使用安全和不受威胁的系统，并评估哪些系统对于在美国采购至关重要。

人机

在 2030 年的地平线上，美国空军在人工智能加速组织结构突变的精心领导下，有可能实现人机协同的变革性增强，从而大幅提高作战人员的认知和协作能力，包括但不限于态势感知、决策速度、作战和组织灵活性。这将包括尽早采用先进的人机和脑机接口；普遍集成可穿戴、微型和纳米电子传感器，用于生理、心理和神经监测、反馈和闭环实时干预，这些传感器将与特定机器或更广泛的指挥系统相连接，在极端环境中尤为宝贵； 人类与信息或机器人机器之间的团队合作一体化；创建映射网络空间的虚拟世界，允许人类以空间和信息直观的方式进行部署；以及与专家数字助理、云连接信息系统的日常互动，这些系统具有自然语言处理能力，大大缩短了人类与他们业务所需信息之间的距离。在这些主题中，大家对人机协作的几大主题达成了共识。

I) 人机融合提高个人绩效：这一领域提出了提高人类绩效的新兴技术，包括认知、行为和健康。

II) 人机协同：这一领域指出了人机混合团队协同工作的新兴模式。

III) 对人机协作性能的全系统监控：这一领域强调了对这些新技术进行仔细、持续和动态监督的重要性。

人类

专家组一致认为，人类特工是美国空军所有任务领域取得成功不可或缺的组成部分。到 2030 年，在美国空军的所有行动中，从后勤到维护或控制作战机器，人类都将理所当然地与人工智能互动。此外，将有大量空军兵力人员在神经技术进步带来的增强认知模式下履行职责。人工智能的加速发展无疑将塑造未来的劳动力队伍。鉴于作战环境的快速演变，专家组重点关注的是，2030 年所需要的军官属性可能与 20 世纪所看重的属性大不相同。

大家一致认为，必须建立对如何在开发和采用人工智能加速技术方面培训和培养当前和下一代空军兵力的认识。这需要系统层面的整合，以及现役人员与研发和采购界之间的互动。例如，通过让现役人员参与人工智能系统的设计，可以在一定程度上实现有效采用。空军人员应征入伍后，必须接受相关技能培训，以应对未来美国兵力的挑战。因此，了解如何在人工智能渗透的作战环境中提高和保持人的性能，如耐力、巅峰认知、保持任务状态等，对于为 2030 年的作战做好准备至关重要。

横切问题

该小组确定了许多贯穿各领域的关键问题。这些问题包括美国空军面临的战略突袭、道德、法律、社会和能源挑战。就战略出其不意而言，本报告的挑战范围仅限于可以预见到对手会出现的人工智能技术进步。在伦理、法律和社会问题方面，人们明确认识到，美国空军自愿采取的限制措施很可能不会成为其他国家的限制。最后，大家一致认为，能源供应和 "质量 "可能是人工智能进步的一个重大制约因素，特别是在美国空军必须在动态和偏远环境中工作的情况下。

建议

美国空军应与其他联邦科学机构（如国家科学基金会）以及美国国防部和情报部门的其他部门协调其在人工智能加速领域的研发投资。

美国空军应在全球范围内扫描研发投资，以深入了解可能代表未来作战挑战的外国政府计划和能力。

美国空军应组织一个由来自学术界和工业界的顶尖研究人员组成的人工智能加速咨询委员会，随着科学基础各学科的不断进步，为美国空军领导层提供信息和建议。

美国空军应通过构建平台技术、数据架构、算法和集成能力，为解决方案搭建支架，为人工智能应用奠定基础。

美国空军应设立执行数据架构师职位，以监督人工智能的整合，以及从设备到后勤和人力资产的集中信息资源的收集和安全化。

结论

人工智能加速将塑造美国空军（USAF）2030 年的战备态势。专家组达成的共识是，空军应加快开发和采购计算与神经技术方面的系统系列，从而在整个相关作战环境中实现指挥、控制、通信、计算机和情报（C4I）方面的巨大进步。这一系列系统分为三个方面： 1）追赶现有的商业技术（采用）；2）对最相关的技术突破（如人工智能）进行核心投资；3）对填补前者突出所留下的空白的技术（如量子计算）进行外围投资。

这样的未来美国空军将需要能够卸载或放大人类性能的机器、人机和人机界面。这不仅包括意图，还包括对来自传感器流的反馈做出响应的能力，即使是在高级别作战环境所产生的极端条件下。整个人工智能生态系统将需要为无人机和代理（包括蜂群）提供真正的自主操作，其操作领域既包括美国空军熟悉的领域，也包括迄今为止美国空军从未经历过的领域。这不仅包括大气层，还包括 "内部空间"（即网络领域），更重要的是，甚至包括更高层次的大气层以及低地轨道和深空。此外，还需要应对这些环境中随之而来的能源限制。最后，这个系统之系统需要具备足够的防御能力（也许是生物启发），以抵御同行竞争对手的退化和攻击。

美国空军能否在 2030 年的军事环境中取得成功，不仅取决于人工智能的加速，还取决于指挥和控制能否灵活应对战略突袭。这种临界点可能出现在空间技术领域（如太空电梯），也可能出现在人工智能领域的颠覆性发展。例如，"通用人工智能"（定义为能够对任何智力任务进行人类水平认知的人工智能）的成功开发和实施掌握在国内同行竞争者手中，将使美国空军处于明显的劣势。这种进步的军事抵消将取决于美国空军对技术前景的持续认识--不仅在航空航天领域，而且在认知与计算的交叉领域，因为它适用于人工智能。