DARPA人工智能作战应用研究将提升美军“算法战”能力

2018年9月，美国国防高级研究计划局（DARPA）宣布将出资20亿美元，用于开发新的人工智能技术。近日，DARPA副局长彼得·海纳姆在华盛顿接受记者采访时说，DARPA的“下一代人工智能”（AI Next）计划在实施几个月后已经有所成效。

背景

（一）DARPA对三代人工智能技术的总结

DARPA在2017年对人工智能的发展历程进行了总结，认为：第一代人工智能系统主要基于手工化处理知识或狭义任务规则，对严格定义的问题具有较好推理能力，但由于没有学习能力且处理不确定性问题能力较差，因而系统脆弱且应用范围有限，典型代表如专家系统；第二代人工智能系统以统计学习为主要特征，系统依赖大量高质量的训练数据，只能提供有限的可靠性能保证，并且无法向用户解释结果原因和缺乏情境联想推理能力，无法适应不断变化的复杂环境；第三代人工智能系统将重点突破第一代和第二代人工智能系统的局限性，能够利用情境模型来感知、学习、抽象和推理，并具有很强的适应不同情境的能力。

（二）DARPA“下一代人工智能”计划

该计划基于DARPA过去60年引领开发的两代人工智能技术开发能够进行类似人类交流和逻辑推理的人工智能，将机器从工具真正变成拥有一定推理和常识能力、值得信赖的合作伙伴，强调人工智能的“情境自适应”能力，探索的主要领域包括：促使国防部关键业务流程自动化的新技术；提高人工智能系统的稳健性和可靠性；增强机器学习和人工智能技术的安全性和灵活性；降低功耗，避免数据和性能效率低下；开发下一代人工智能算法和应用。该计划将资助DARPA新设立的和现有的人工智能研究项目。

DARPA的“下一代人工智能”计划有三个目标：增强第二代人工智能技术的稳健性；积极将第二代人工智能系统应用于新领域；进一步研究第三代人工智能技术。

为了探索第三代人工智能技术，加快新技术和新兴技术的发展，DARPA设立了“人工智能探索”（AIE）计划， DARPA自2018年9月以来已经为AIE计划拨款约5000万美元。

（三）算法战

算法是解决问题的一系列清晰指令，是用系统的方法来求解问题的一种策略机制。构建算法的核心内涵是创建基于问题的抽象模型，并根据目标问题选择不同的方法完成算法的设计。“算法战”是将算法运用于战争领域，通过挖掘人工智能算法在态势感知、情报分析、指挥决策、打击行动等方面拥有的巨大潜力，用算法方式破解战争攻防问题。2017年4月26日，美军成立“算法战”跨职能小组，并启动“专家工程”（Project Maven），进行“算法战”相关概念、技术及应用研究，旨在推进人工智能、大数据、机器学习等前沿技术的军事应用，维持美军的技术和作战优势。

初步分析

（一）DARPA积极布局第三代人工智能基础研究

DARPA在继续开发第二代人工智能技术及其军事应用的同时，积极布局第三代人工智能发展，2018-2020财年，通过新设项目和延续项目，致力于第三代人工智能基础研究，旨在通过机器学习和推理、自然语言理解、建模仿真、人机融合等方面的研究，突破人工智能基础理论及核心技术。相关项目包括：“机器常识”，“终身学习机”，“可解释的人工智能”，“可靠自主性”，“不同来源主动诠释”，“自动知识提取”，“确保AI抗欺骗可靠性”，“自动知识提取”，“加速人工智能”，“基础人工智能科学”，“机器通用感知”，“利用更少数据学习”，“以知识为导向的人工智能推理模式”，“高级建模仿真工具”，“复杂混合系统”，“人机交流”，“人机共生”等。除此，DARPA近期发布的人工智能基础研究项目广泛机构公告还包括：“开放世界奇异性的人工智能与学习科学”，“人机协作社会智能团队”，“实时机器学习”等。DARPA副局长海纳姆在今年3月的人工智能研讨会上称，DARPA目前有20多个第三代人工智能基础研究项目，50多个人工智能应用研究项目。

（二）AIE计划成为DARPA加速探索下一代人工智能的重要途径

为快速借助学术界和商业界能力探索下一代人工智能，分散投资风险，DARPA于2018年7月启动“人工智能探索”（AIE）计划，旨在以奖金形式激励社会各界探索人工智能的新概念及其可行性，特点是项目小、投资少、周期短。AIE计划建立在DARPA国防科学办公室“颠覆性快速跟踪招标程序”基础之上。该程序适用于500万美元及以下项目，旨在尽量缩短初始概念到研究之间的时间跨度，快速确定概念是否值得进一步开发。AIE计划定期发布有关研究主题的特殊机会通告（AIE机会），主题聚焦第三代人工智能理论和应用的研发，每个机会最高设置100万美元作为奖金，研究者需在通告发布之日起30天内提交方案，DARPA将在随后的60天内，利用其他交易协议等快速采办程序对入选提案授出合同，研发周期限制在18个月至2年。DARPA今年发布的“智能神经接口”、“量化集成多样性以实现稳健的机器学习”、“能力感知机器学习”、“虚拟智能处理”等，都属于AIE项目，每个项目研究周期18个月，经费100万美元。

（三）DARPA人工智能作战应用研究将提升美军“算法战”能力

“算法战”的作战手段主要是以人工智能算法为主要技术支撑的武器装备、作战平台、后勤保障系统等，这也是“算法战”区别于其他战争样式的主要特点。美国《2018年国防战略》要求美军必须快速大胆地追求人工智能应用，《国防部人工智能战略》为美军人工智能发展确立的首要目标是，将人工智能纳入决策和作战，以降低兵力部署面临的风险，形成军事优势。

在这些战略的指导下，DARPA近两年启动了一系列人工智能作战应用研究项目（包括2020财年预算新设项目）。例如，涉及智能感知的“智能光谱时间融合”、“敌对行为建模”；涉及情报分析与处理的“分层识别验证利用”；涉及战略态势研判的“大机制”、“复杂作战环境因果探索”；涉及电磁频谱对抗的“射频机器学习系统”、“人工智能射频对抗”、“本能射频”；涉及网络攻防的“规模化网络狩猎”、“自主网络对抗系统”等；涉及人机协同、有人-无人编队、“蜂群”作战、体系化作战的“空战演进”、“地空平台联合编队”、“反蜂群人工智能”、“体系之增强型小型部队”等项目。

在这些项目中，开发各种人工智能算法无疑是主要研究内容，项目成果未来转移至部队，或形成以算法为主要支撑的人工智能作战系统，或集成至现有武器系统，都将大大提升美军的“算法战”能力。