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解读:美国防部如何在颠覆性领域为未来结构?| 科技与政策_亚博app手机版

 


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本文摘要:2015年,在DARPA机械人挑战赛(DRC)决赛之前,美海内华达大学拉斯维加斯分校的一名研究者对团队的机械人举行测试。

2015年,在DARPA机械人挑战赛(DRC)决赛之前,美海内华达大学拉斯维加斯分校的一名研究者对团队的机械人举行测试。图源:defensemedianetwork.com摘 要本系列的前文《美国国防先进研究计划局,如何成为美国科技的焦点引擎》以及《JASON是谁?美国科技创新最焦点的 “神秘气力”》中,划分先容了美国国防先进研究计划局(DARPA)以及其人才焦点组织JASON。

在本文中,该系列作者将先容DARPA现在的战略重点、组织架构,并详细分析DARPA的预算组成,希望本文对读者们相识美国的创新系统的运作有所资助。撰文 | 刘少山(PerceptIn首创人,加州大学欧文分校盘算机博士)责编 | 叶水送 1、DARPA的厘革性研发模式美国国防先进研究计划局(DARPA)专注于旨在实现厘革性研发。厘革性研发由美国国家科学委员会(National Science Board)界说为由革命性创新思想驱动的研究,这些革命性创新思想有可能从基础上改变我们对现有科学或工程观点的明白,或导致建立新的科学或工程范式或领域。

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自建立以来,DARPA资助的研究在盘算机科学、电信和质料科学等领域做出了突破性的科学和技术孝敬。美国国防先进研究计划局,图源darpa.mil详细来说,DARPA的投资已在美国军事技术方面取得了许多重大突破,包罗准确制导导弹、隐形技术、无人机和红外夜视技术。DARPA赞助的技术研发也对我们的日常生活造成了庞大的影响,如互联网、全球定位系统(GPS)、自动语音识别以及移动电子产物。

由于DARPA接纳的高风险,高回报的资金筹集方法的性质也导致了许多失败或不太乐成的项目: ● 在1970年月,DARPA支持研究超自然现象以及使用心灵感应和精神运动举行远程特工运动的可能性。最终项目不了了之。● 2003年,DARPA开展全面信息意识(TIA)计划,目的是通过建设一个庞大的信息数据库,使用新的工具和技术来“挖掘”信息,从而发现,分类,和识别外国恐怖分子。

该计划遭受了对美国人隐私的侵犯的品评。最终计划被终止。

● 2011年,猎鹰高明音速技术航行器按计划举行30分钟的航行测试,可是在第9分钟时大部门外壳被剥离了,以失败了结。这样的失败与挫折并没有引来过多对DARPA的品评,反而成为了DARPA愿意冒险,而且从风险中寻求创新的佐证。DARPA依然被公认为是美国创新的引擎,也经常被视为商业机构,其他政府研发机构、美国国会,以致是整个美国联邦政府推崇的创新模式。

例如,国家情报局长办公室的情报高级研究计划运动(IARPA)和能源部的能源高级研究计划局能源(ARPA-E)都是凭据DARPA的创新模型建设的。只管DARPA在已往60年中在开发突破性技术方面很是乐成,但令人受惊的是,从预算的角度来看,DARPA的年度预算仅为30亿美元,与美国前五名科技团体的研发支出相比,DARPA的资金资助水平还是相对较单薄(见图1)。

DARPA的年度预算仅是亚马逊R&D预算的七分之一。而中国华为公司在2019年的研发支出为1317亿元人民币,折合约为188亿美元,是DARPA预算的六倍。但DARPA孵化出的技术为图1中列出的每个美国公司奠基了技术生长的基础,也为这个科技行业的生长奠基了技术基础。

这内里有许多我们值得借鉴的地方。图1:DARPA研发资金与美国前五名技术公司研发资金的比力2、DARPA当前的战略重点首先我们先相识一下DARPA现在的战略重点。在2017年12月18日,特朗普政府公布了《国家宁静战略》, 其中指出:“美国将优先思量对经济增长和宁静至关重要的新兴技术,如数据科学、加密、自动化技术、基因编辑、新质料、纳米技术、先进盘算技术和人工智能。

” 凭据《国家宁静战略》的蓝图,2019年 DARPA揭晓了名为《DARPA:为国家宁静缔造技术突破和新功效》的陈诉详细论述了该机构当前的重点关注领域。如DARPA所述,该机构将其投资重点放在了四个主要领域: ● 庞大的军事系统:为了资助在当今瞬息万变的情况中更快地生长和整合突破性军事能力,DARPA致力于使武器系统越发模块化,并易于升级和革新;确保在空中、海上、地面、太空和网络领域的优势;在不依赖基于卫星的全球定位系统的情况下,改善位置、导航和授时,并增强对恐怖主义的防御。这个偏向的主要意义在于搭建一个海陆空加太空的四维作战体系,随着去年美国太空军的建立,美国的这个四维协同作战体系也渐趋完整;● 掌控信息爆炸:DARPA正在开发新颖的大数据工具从海量数据集中获取有效信息。除了大数据分析能力外,DARPA也正在开发技术以确保系统有自己做出值得信赖的关键决议的能力,例如自动化的网络防御能力和方法。

此研发的目的在于建立从基础上更宁静、更可靠的自动化决议系统,制止人为决议所导致的失误。另外,DARPA十分关注数据的私隐性,在保证国家宁静的前提下掩护小我私家数据私隐。这个偏向的领先性在于,未来美军的许多军事决议可以由完全自动化的系统做出最有效的决议。

可以预见的是,未来如果当由人指挥的军事气力与由自动化系统指挥的军事气力发生冲突时,其效果很可能像李世石对战AlphaGo一样;● 生物科技:为了使用神经科学、免疫学、遗传学和相关领域的最新突破,DARPA在2014年建立了生物科技办公室,为创新性的生物研究计划组合提供了富足的资金支持。特别需要指出的是,DARPA在该领域焦点技术攻关偏向包罗加速合成生物学生长、抑制感染病流传,以及推进新神经技术突破性生长的计划。最近Neuralink在脑机接口技术上的希望也算是新神经技术的领域。

● 扩展技术前沿:DARPA的焦点事情始终涉及克服看似不行逾越的物理和工程障碍,而且一旦在技术上证明可行,便可将这些技术突破所带来的新功效直接应用于国家宁静上。详细来讲,这一偏向的重点在于整合DARPA资助的领先技术点,而且把这些技术点实用化与产物化,服务于国家宁静需求。现在DARPA在这个偏向的重点包罗通过在数学上的突破来获得新的分析能力,发现革命性的化学工艺和质料;和使用量子物理学颠覆现在的通讯以及盘算模式; 此外,2017年5月3日,在参议院拨款委员会的证词中,其时的DARPA主任史蒂文·沃克博士着重先容了一些重点研究领域,包罗人工智能、自动化系统以及人机交互界面,这表示DARPA在未来几年将会在这些领域举行越来越多的投资。

可预见的是,在现在的国际大形势下,这些焦点技术偏向如果我国不尽快取得突破,很可能也会被掐脖子。但这些偏向如果单是靠国家投入是远远不够的,需要整个工业的完整生长包罗科技孵化、科技转让、商业化以及人才造就。好比美国的军事科技生长,DARPA只是负担了早期科技孵化的作用,后续的商业化另有一个完整的军事工业复合体(military-industrial complex)以及一个完整的人才造就体系,这些在本系列后续的文章中我们会详细分析与相识。3、DARPA的组织架构现在我们相识一下DARPA如何通过自身的组织架构去承载上文提到的战略重点。

作为《 2016财年国防授权法》的一部门,国会要求DARPA向国会提征战略计划,以形貌该机构的恒久战略目的,为支持这些目的而制定的研究计划, 该机构的技术过渡计谋,组织和人员的政策,以及DARPA的业务与军事部门之间的联系。通过DARPA提交的陈诉我们相识到,DARPA是归属于国防部的国防研发机构。

DARPA有200多名政府雇员,其中包罗近100名项目司理,卖力监视该机构每年约30亿美元的预算。DARPA并不直接举行研究或运营任何研究实验室,而是主要通过与行业、大学、非营利组织,以及联邦研发实验室签订条约来执行其研发计划。DARPA是一个相对扁平的组织,主要研发业务由六个技术方案办公室来执行,这六个技术计划办公室是: ● 生物科技办公室:卖力开发和使用具有技术优势的生物技术,包罗神经技术、人机界面、感染病和合成生物学研究与开发计划。

● 国防科学办公室:专注于数学和建模、物理科学、人机交互系统、社会系统。● 信息创新办公室:卖力网络、分析和人机界面的基础和应用研究。● 微系统技术办公室:专注于电磁频谱、信息微系统以及微电子宁静性和可靠性的研发。● 战略技术办公室:卖力研发多维度战斗网络体系的技术(即同时使用多个平台,武器,传感器和系统),以提高军事效力、成本和适应性。

● 战术技术办公室:专注于开发和演示地面、海上(海面和海底)、空中和太空系统中的新平台,包罗在差别空间运行的先进无人驾驶平台。除了这六个技术计划办公室外,DARPA还包罗了一些特殊研发任务服务处: ● 技术转让办公室:卖力加速DARPA技术向私有部门和军事部门的转让,特别是通过组织以及资助技术演示和现场试验去提高技术转让乐成率。● 航空航天项目办公室:这是一个于2015年建立的特别项目办公室,致力于开发先进的航天飞机技术,以确保在未来有争议的太空情况中保持空中军事优势。

● 战略资源办公室:卖力机构支持运动,包罗人力资源服务以及企业和运营支持。以上六个技术计划办公室主要服务于一个或者多个DARPA的科技战略重点,而特殊研发任务服务处主要是针对DARPA的研发举行支持以及优化。我们之后会讨论到,技术转让办公室是为了增强DARPA的技术转让乐成率而设立。

4、DARPA的预算分析 DARPA研发资金投入分为基础研究、应用研究、先进技术开发的种别: ● 基础研究的目的是发现新的科学现象并探索此类科学现象在国防领域的应用潜力,为恒久国家宁静增强提供了技术基础。基础研究偏向支持基础的科学研究和实验,这是在信息、电子、数学、盘算机、质料科学领域获得更高级知识和明白的基础。好比,“数学和盘算机科学”的基础项目主要支持对新型数学模型与盘算算法,以支持恒久的国家宁静要求。这些基础研究所衍生的现代分析和信息技术可实现重要的新军事能力,并提高生产率,从而对美国的经济竞争力起到至关重要。

基础研究的结果会在10到20年以后才发生真正的应用价值。● 应用研究的目的是在基础研究的基础上针对某个领域探索突破性技术,期待在5到10年内发生真正的应用价值。好比电子技术的应用研究专注在开发能够广泛军事应用的新型电子产物,将基本研究的进步转化为能解决关键的国家宁静问题的电子技术,并使战场完全信息驱动成为可能。

● 先进技术开发是技术转让前的最后一步,目的是整合应用研究技术从而产出技术产物原型。好比空间技术计划目的提供革命性的空间探索系统以满足当前和未来的美国太空军需求。在已往10年DARPA的经费维持在30亿美元左右,在美国联邦政府的经费中所占比例一直保持相对稳定,在0.07%到0.09%之间。虽然投入不大,却是美国科技的顶层修建,在已往60年源源不停的为美国军事与经济注入活力(如图2所示)。

图2:DARPA研发预算以及占联邦政府预算的比例2020财年,基础研究占DARPA资金的14%,而2011财年为11%,在已往10年,DARPA在基础研究的投入有一定增长。而应用研究与先进技术开发划分占42%与43%。

DARPA的计谋是连续的投入长线基础研究,然后在基础研究中孵化应用研究偏向重点扶持,然后通过先进技术开发整合乐成的应用研究项目,进而技术转让到军方使用(如图3所示)。另外一个有趣的点是,DARPA的治理经费出现出海浪形,每三年有一个小岑岭,到达总经费的5%,而平常都是3%左右。这是因为每隔三年DARPA会通过美国小型企业创新研究基金(SBIR)去资助有可能孵化革命性技术的小型创业公司,在美国的公司都可以申请。图3:DARPA经费分配接下来,我们再相识一下经费使用情况:首先,基础研究基天职为国防科技基础研究与医学基础研究两个项目,其中国防科技基础研究占用了大部门经费。

由于DARPA是国防科研单元,这个分配也很合理。差别于基础研究,应用研究的偏向比力清晰,分为生物医学科技、信息与通信科技、生物战防御、战术技术、质料与生物技术、电子技术几个偏向,其中电子信息与通信技术占据了绝大部门经费,这是当前的DARPA战略重点与科技焦点,也是现在我国被掐脖子的主要偏向。因为应用研究的周期或许是5到10年,可以预见在未来10年间,这些偏向一定还是中美两国科技竞争的重点(如图4所示)。我国不管是在政府层面还是科技企业层面在制定科技门路与战略时,应该深入研究美国在部署这些偏向背后的战略思考。

在先进技术开发部门,经费基本被电子信息技术与航空航天技术朋分,背后的战略意义十明白确。以DARPA的结构,这些偏向的技术投入是为了美国在科技上能有源源不停的产出,在世界上保持连续领先。凭据DARPA这个预算反推,美国在未来5到10年间在空间科技与电子信息科技偏向会有许多的新技术推出,我国在现在的经济形势下是否可以很好的使用举国体制在焦点技术上追赶甚至是逾越美国是焦点挑战。图4:DARPA详细项目经费5、DARPA的技术转让通过DARPA的预算相识了当前美国的科技战略后,我们详细相识一下DARPA的技术转让。

技术转让是指从DARPA支持的研发过渡到军事部门或其他最终用户的历程,也是DARPA孵化技术最重要的一步,因为技术转让是一个突破性技术实用化与产物化的关键。通过技术转让,研发人员也可以不停收集用户反馈(客户通常是军事机构以及军工企业)去完善技术产物,使其日臻成熟。正是因为技术转让的重要性,美国政府与国会对其特别重视。

例如,美国参议院委员会2014年的一份陈诉指出DARPA的某些技术项目虽然乐成完成,但并没有乐成完成技术转让以及商业化。国会详细分析了DARPA技术转让的障碍,其中原因可能包罗了是由于行政、资金、文化以及计划等各方面的障碍,使得许多优秀的DARPA科技项目难以跨越从科学技术计划、购置计划以及完整的满足客户技术预期的鸿沟。DARPA建立颠覆性或革命性技术,通常因为设计比力颠覆性,挑战了现状,所以经常遇到来自军事部门的反抗。

例如,由于以为想法太过天马行空,空军最初抵制了对飞机隐身技术的投资。军方使用DARPA技术的阻力通常只能通过在技术转让之前对技术举行充实的演示来克服。

可是,在以前的设置下,DARPA的资金仅可以支持基础研究,应用研究和先进技术开发,而不能支持先进的原型系统开发以及演示。为了克服这个毛病,美国政府问责办公室在2017年的一份陈诉中比力了领先的科技公司与美国国防部的研发计划与治理,陈诉指出科技公司极其重视技术演示事情,而军方的研发机构并无足够资源去支持技术演示,导致许多技术转让的失败。凭据美国政府问责办公室陈诉的说法,促成技术乐成转让的四个因素是: ● 对技术的军事或商业需求;● 与DARPA一直感兴趣的研究领域建设联系;● 与潜在的过渡互助同伴举行努力互助;● 告竣明确界说的技术目的。

最终,美国政府问责办公室得出结论,DARPA向导层并未很好的评估和执行技术转让的战略时机,使得技术转让的责任落在了各个项目的项目司理上。可是,美国政府问责办公室认为项目司理没有获得足够的技术转让培训,因此很难在技术转让上取得乐成。陈诉敦促美国国会应该检视DARPA的技术转让办公室的有效性,去进一步提高DARPA技术转让的乐成率。

从这个事情可以看到,美国政府以及国会对DARPA的重要性是有很强的共识,而且不停的监视与改善DARPA的运营效率。如本文图1所示,DARPA的作为美国科技的顶层修建,运营效率已经很高了,可是美国政府与国会还是会对DARPA的运营举行细粒度的监视与改善,连续孵化与转让焦点技术,不停为美国经济注入活力。这一系列的制度,从技术的孵化、技术转让、商业化、人才造就,以及监视与制度完善,保障了美国科技从研发,到军用,再到商用的完整流水线很好的运转,进而保证了美国在科技与经济两方面领先全球。在本系列以后的文章中,我们也会分析一下我国的科技孵化流水线,希望通过对比我们可以从中取长补短。

作者简介 刘少山,PerceptIn首创人,加州大学欧文分校盘算机博士,哈佛大学肯尼迪政府学院公共治理硕士。刘少山在哈佛大学肯尼迪学院的研究偏向为中美科技政策对比以及科技对宏观经济的影响。


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