顏慧

纖維是人類經(jīng)常使用的材料形式之一，人們的衣食住行都與它密切相關。早在新石器時代，我們的祖先就曾利用蠶絲等纖維材料制造紡織品。如今，在先進的化工技術(shù)和半導體技術(shù)的幫助下，科學家已經(jīng)能夠讓柔性纖維擁有儲能、傳感、信息存儲和顯示等功能。近年來，隨著微電子技術(shù)和聚合物材料技術(shù)的快速發(fā)展，科學家和工程師們也有了新的愿景：能否將電子元件“融入”柔性纖維，把計算機做成衣服穿在身上呢？

近年來，美軍為保持未來信息化、智能化作戰(zhàn)的主動權(quán)，投入大量人力、物力進行人工智能裝備研發(fā)。可穿戴編程纖維就是一種人工智能裝備。這種纖維能夠感知信息、存儲和傳輸數(shù)據(jù)，可收集戰(zhàn)場態(tài)勢信息，從而幫助指揮員做出更好的決策。

隨著相關技術(shù)的進步，可穿戴編程纖維的功能不斷增加，從儲能、發(fā)電到傳感、顯示，各種功能不一而足，但距離成為獨立、完整的可穿戴設備還有一步之遙，因為其缺少一項核心功能—計算。一臺計算機中最核心的電子元件是中央處理器（CPU），可穿戴設備就像一臺能穿在身上的計算機，只有擁有CPU這個“大腦”，才能具備處理信息的能力，以統(tǒng)籌運行各種元件。

2021年，復旦大學的研究團隊在《自然》雜志發(fā)表文章，展示了一種新研制的大面積“智能顯示布”。智能顯示布由兩種功能不同的纖維作為經(jīng)線和緯線交織而成，負載發(fā)光活性材料的高分子復合纖維是經(jīng)線，導電的透明高分子凝膠纖維是緯線。只需施加交流電壓，發(fā)光活性層就會被電場激發(fā)，成為發(fā)光的像素點，即使在纖維滑移、旋轉(zhuǎn)或彎曲的情況下仍能保持位置和亮度的穩(wěn)定。

隨后，美國麻省理工學院的研究團隊也公布了一項重大研究進展，他們成功地將微型芯片嵌入單根纖維中，作為“大腦”組織其他部件運行。在這項新研究中，該團隊通過熱拉伸技術(shù)將4根直徑25微米、由鎢絲制成的芯片嵌入預制聚合物纖維，制成長度可達數(shù)十米、可彎折、抗拉伸的纖維。這一技術(shù)既能保持纖維內(nèi)的芯片穩(wěn)固連接，也能令其在穿過針眼、織入衣物時不被損壞。研究者表示：“這種新型纖維纖細而柔韌，可以穿過針眼縫在織物上，經(jīng)過10次洗滌也未分解?！?/p>

這種纖維還可以充當數(shù)字存儲設備，嵌入纖維的每個芯片都具有唯一的數(shù)字地址，系統(tǒng)可通過簡單的邏輯電路進行數(shù)字尋址，并根據(jù)輸入的信號激活對應芯片的功能。在實驗中，研究者將767 KB的全彩色圖像文件和0.48 MB的音樂文件存入纖維內(nèi)的芯片中，在斷電的情況下，其保存數(shù)據(jù)的時間長達兩個月。

由于嵌入纖維的芯片可以根據(jù)需求設計，理論上它們可以完成簡單邏輯電路所能執(zhí)行的任何任務。研究團隊制造了一組嵌入了1650個芯片的纖維，并將其縫入襯衫的腋下。這些芯片連接形成了一個“神經(jīng)網(wǎng)絡”，可以通過分析溫度的時序信息，判定穿著者正在進行的活動類型。根據(jù)實驗結(jié)果，“神經(jīng)網(wǎng)絡”對穿戴者活動類型的判斷準確率達到了96.4%。這一研究進展完成了可穿戴編程纖維應用的“最后一千米”，意義重大，也為其應用于軍事領域鋪平了道路。

最近，美軍公開表示，已經(jīng)與麻省理工學院的研究團隊展開合作，將進一步開發(fā)可穿戴編程纖維。未來，人工智能系統(tǒng)將通過可穿戴編程纖維收集數(shù)據(jù)，如監(jiān)測心率、呼吸頻率、肌肉數(shù)據(jù)和其他關鍵健康指標，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，便能得知佩戴者及其周圍環(huán)境的變化。例如，利用可穿戴編程纖維制造的智能織物可以顯示士兵是否接觸過化學毒素，如果一名士兵暴露于可導致麻痹的神經(jīng)毒劑，智能織物收集的肌肉數(shù)據(jù)會出現(xiàn)劇烈變化，并向指揮部發(fā)出警告。

現(xiàn)代戰(zhàn)爭模式已經(jīng)發(fā)展為“發(fā)現(xiàn)即摧毀”的讀秒戰(zhàn)爭，戰(zhàn)場態(tài)勢瞬息萬變，各軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)是信息化作戰(zhàn)的主要形式，在陸、海、空、天、電構(gòu)成的五維空間戰(zhàn)場中，快敵一秒，便棋高一招。在這樣的大環(huán)境下，如何掌握更多的信息，如何更快速、高效地處理信息將會成為決定戰(zhàn)爭勝負的關鍵一環(huán)。

芯片的軍事化應用已不是陌生的話題，但可穿戴編程纖維的應用還沒有實踐案例，相關項目均處于設計研發(fā)階段。最近，美軍稱，美國國防部在創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡的項目上取得了重大進展，說明可穿戴編程項目很可能已經(jīng)進入初步實踐環(huán)節(jié)。根據(jù)已有資料，可穿戴編程纖維旨在為作戰(zhàn)指揮官提供一種工具，用于在使用神經(jīng)網(wǎng)絡分析數(shù)據(jù)時評估局勢的不確定性?？纱┐骶幊汤w維可以提升人工智能解決方案的使用效率，從而使戰(zhàn)地指揮官在決策過程中更加自信，將在戰(zhàn)術(shù)小組突擊、飛行員營救、士兵日常健康監(jiān)測等方面起到重要作用。

另一方面，鑒于可穿戴編程纖維仍然需要依靠傳感器收集信息，通過通信手段傳輸數(shù)據(jù)，所以可能會在收集、傳輸過程中被操縱或干擾。如何確保數(shù)據(jù)安全和通信安全，是目前可穿戴編程纖維開發(fā)者需要重點考慮的問題。開發(fā)者必須尋找有效解決方案加以應對，以防止對手在作戰(zhàn)中侵入系統(tǒng)內(nèi)部，導致指揮員決策失誤。

美國國防部表示，可穿戴編程纖維仍處于早期開發(fā)階段，估計要到2030年才能開展實際應用。與此同時，更高層次的“可編程物質(zhì)”已被各軍事大國視為研究重點，并已從理論模擬邁向真正的物理實現(xiàn)。“可編程物質(zhì)”一旦研制成功并應用于軍事領域，就能為士兵提供革命性的新功能。未來，戰(zhàn)場上的士兵只需攜帶一定量的“可編程物質(zhì)”，通過下達指令，便可將其變成武器或工具，如軍械、智能軍服、可進入掩體內(nèi)部攻擊敵人的軟體機器人、地面裝甲車輛等。由此可見，可穿戴編程纖維只是“可編程物質(zhì)”研究領域的初步嘗試。未來，納米計算機和生物計算機技術(shù)的發(fā)展或?qū)椤翱删幊涛镔|(zhì)”的研發(fā)提供基礎解決方案。