美國(guó)在人工智能領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況分析

一、美國(guó)國(guó)家科技委員會(huì)分析人工智能研發(fā)進(jìn)展

2019年11月，美國(guó)白宮下設(shè)的國(guó)家科技委員會(huì)（NSTC）發(fā)布《2016~2019年進(jìn)展報(bào)告：推進(jìn)人工智能研發(fā)》，總結(jié)了美國(guó)聯(lián)邦政府各機(jī)構(gòu)按照《國(guó)家人工智能研究發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》有關(guān)指示，在人工智能研發(fā)方面的重要進(jìn)展。

報(bào)告稱，美國(guó)總統(tǒng)特朗普2019年2月簽發(fā)行政令提出的“美國(guó)人工智能計(jì)劃”將研發(fā)的首要任務(wù)確定為維持美國(guó)在人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。而美國(guó)當(dāng)前之所以能在人工智能創(chuàng)新方面居于世界領(lǐng)先地位，很大程度上是因?yàn)槠鋼碛袕?qiáng)大的人工智能研發(fā)生態(tài)系統(tǒng)。聯(lián)邦政府各機(jī)構(gòu)作為該生態(tài)系統(tǒng)的組成部分，通過(guò)在各自所承擔(dān)任務(wù)領(lǐng)域投資世界領(lǐng)先的研究項(xiàng)目，為美國(guó)的人工智能創(chuàng)新做出了突出貢獻(xiàn)。

美國(guó)國(guó)家科技委員會(huì)2019年更新的《國(guó)家人工智能研究發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》是指導(dǎo)聯(lián)邦政府人工智能研發(fā)投資的國(guó)家戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略提出八大研發(fā)方向：一是繼續(xù)長(zhǎng)期投資基礎(chǔ)性人工智能研究；二是開(kāi)發(fā)補(bǔ)充和增強(qiáng)人類(lèi)能力的人工智能系統(tǒng)，更加關(guān)注未來(lái)工作前景；三是應(yīng)對(duì)人工智能的倫理、法律和社會(huì)影響；四是創(chuàng)造強(qiáng)健和可信的人工智能系統(tǒng)；五是加強(qiáng)數(shù)據(jù)集和相關(guān)資源的可獲取性；六是支持人工智能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)工具的開(kāi)發(fā)；七是發(fā)展人工智能研發(fā)人才隊(duì)伍，包括開(kāi)發(fā)和使用人工智能的人才；八是拓展公私伙伴關(guān)系以加快人工智能發(fā)展。

《2016~2019年進(jìn)展報(bào)告：推進(jìn)人工智能研發(fā)》對(duì)應(yīng)以上研發(fā)方向，對(duì)美聯(lián)邦政府各機(jī)構(gòu)2016~2019年的研發(fā)進(jìn)展進(jìn)行了詳細(xì)梳理。在每個(gè)研發(fā)方向下，報(bào)告均從科學(xué)與工程領(lǐng)域、國(guó)防領(lǐng)域、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)/衛(wèi)生領(lǐng)域、司法與安全領(lǐng)域，共五個(gè)領(lǐng)域廣泛掃描了聯(lián)邦各機(jī)構(gòu)的人工智能研發(fā)項(xiàng)目和活動(dòng)情況，并通過(guò)說(shuō)明性案例突出了各機(jī)構(gòu)在每一領(lǐng)域取得的突破性進(jìn)展，充分反映了聯(lián)邦政府投資人工智能創(chuàng)新的廣度、深度，以及取得的成果。

二、美國(guó)國(guó)會(huì)研究服務(wù)局闡述對(duì)國(guó)家安全有重要影響的新興技術(shù)

2019年12月19日，美國(guó)國(guó)會(huì)研究服務(wù)局（CRS）發(fā)布報(bào)告《國(guó)防基礎(chǔ)：新興技術(shù)》，闡述將在未來(lái)數(shù)年里對(duì)美國(guó)國(guó)家安全產(chǎn)生重要影響的新興技術(shù)，如人工智能、定向能武器、生物技術(shù)。

1人工智能

人工智能的軍事應(yīng)用包括情報(bào)、監(jiān)視與偵察，后勤保障，網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)，指揮控制系統(tǒng)，半自主和自主平臺(tái)等。人工智能未來(lái)將催生蜂群作戰(zhàn)等新作戰(zhàn)概念，人工智能技術(shù)賦能的“深度造假”，可對(duì)圖片、視頻內(nèi)容進(jìn)行篡改，可能被對(duì)手用于“灰色地帶”信息戰(zhàn)奪取優(yōu)勢(shì)。美國(guó)國(guó)防部2018年創(chuàng)建聯(lián)合人工智能中心，《2019財(cái)年國(guó)防授權(quán)法》設(shè)立人工智能?chē)?guó)家安全委員會(huì)，評(píng)估美國(guó)在人工智能領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，向國(guó)會(huì)提供發(fā)展建議。

2定向能武器

美國(guó)國(guó)防部將其定義為使用電磁能的武器，可摧毀敵方設(shè)備、設(shè)施或人員，能有效應(yīng)對(duì)導(dǎo)彈齊射、無(wú)人機(jī)蜂群。激光武器屬于此類(lèi)，可用于地面作戰(zhàn)人員應(yīng)對(duì)火箭炮、火炮、迫擊炮，或遂行短程空防任務(wù)，高功率微波武器，也屬于定向能武器，可摧毀敵方電子設(shè)備、通信系統(tǒng)和簡(jiǎn)易爆炸裝置。

3生物技術(shù)

生物技術(shù)是將生命科學(xué)用于技術(shù)應(yīng)用，在國(guó)家安全方面有重大的潛在應(yīng)用價(jià)值。美國(guó)政府問(wèn)責(zé)局曾于2018年發(fā)布報(bào)告強(qiáng)調(diào)，美國(guó)國(guó)防部、國(guó)務(wù)院、國(guó)土安全局和國(guó)家情報(bào)總監(jiān)辦公室對(duì)生物技術(shù)中的基因編輯技術(shù)進(jìn)行過(guò)評(píng)估，該技術(shù)可能會(huì)通過(guò)基因編輯或修改DNA的方式來(lái)對(duì)人類(lèi)、以及其他動(dòng)物和植物進(jìn)行修改。這些技術(shù)可能被用來(lái)提升軍事人員的作戰(zhàn)能力。合成生物技術(shù)可能被用來(lái)制造生化武器。美國(guó)的對(duì)手國(guó)家在研究和應(yīng)用生物技術(shù)方面的限制相對(duì)較少，特別是在提高士兵作戰(zhàn)能力的基因編輯、生物武器制造等方面。

三、美國(guó)國(guó)防部提出新的電磁頻譜戰(zhàn)略

據(jù)防務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)站2019年12月23日?qǐng)?bào)道，美國(guó)國(guó)防部正在準(zhǔn)備一項(xiàng)新的電磁頻譜戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略預(yù)計(jì)將于2020年夏天發(fā)布。

2019年12月18日，在弗吉尼亞州亞歷山大市由“老烏鴉”協(xié)會(huì)舉行的一次圓桌會(huì)議上，美國(guó)國(guó)防部長(zhǎng)電磁頻譜作戰(zhàn)跨職能團(tuán)隊(duì)副主任、美國(guó)空軍少將Lance Landrum對(duì)記者說(shuō)：“我們?cè)陔姶蓬l譜方面面臨挑戰(zhàn)。”

2019年4月成立的美國(guó)國(guó)防部電磁頻譜作戰(zhàn)跨職能團(tuán)隊(duì)與美國(guó)國(guó)防部首席信息辦公室（CIO）共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)工作。該團(tuán)隊(duì)是根據(jù)2019年《美國(guó)國(guó)防授權(quán)法案》的規(guī)定創(chuàng)建的，該規(guī)定要求美國(guó)國(guó)防部組建一支電子戰(zhàn)團(tuán)隊(duì)，以確保其能夠成功指導(dǎo)電磁頻譜作戰(zhàn)。這個(gè)團(tuán)隊(duì)包括來(lái)自各美國(guó)軍事部門(mén)、美國(guó)網(wǎng)絡(luò)司令部、美國(guó)聯(lián)合參謀部和美國(guó)其他部門(mén)的代表，他們利用預(yù)算和項(xiàng)目信息提出建議。該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)戰(zhàn)略的實(shí)施、人力和培訓(xùn)、未來(lái)能力、情報(bào)以及網(wǎng)絡(luò)、空間和電磁頻譜（EMS）的集成。

該工作旨在將現(xiàn)有的兩項(xiàng)戰(zhàn)略——由CIO開(kāi)發(fā)的美國(guó)國(guó)防部2013年電磁頻譜戰(zhàn)略和美國(guó)國(guó)防部電子戰(zhàn)戰(zhàn)略——融合為一項(xiàng)單一的政策：電磁頻譜優(yōu)勢(shì)戰(zhàn)略。Landrum表示，跨職能團(tuán)隊(duì)和CIO辦公室已經(jīng)在該戰(zhàn)略上取得了進(jìn)展，預(yù)計(jì)將在2020年夏季末發(fā)布戰(zhàn)略。

新成立的團(tuán)隊(duì)還開(kāi)始了一項(xiàng)為期一年的人力分析研究，該研究將重點(diǎn)確定美國(guó)軍用和民用EMS人員，并更好地了確定他們的職業(yè)道路、培訓(xùn)、教育、文化及專業(yè)指導(dǎo)和發(fā)展。Landrum說(shuō)，他們已經(jīng)進(jìn)行了幾個(gè)月的研究，并將研究這些事物如何“在工作人員中形成一種文化和心態(tài)，使其與電磁頻譜的任務(wù)領(lǐng)域具有統(tǒng)一性、凝聚力和認(rèn)同感”。他說(shuō)，該團(tuán)隊(duì)還高度重視電磁戰(zhàn)管理，以幫助指揮官做出更好的作戰(zhàn)決策，同時(shí)了解相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

四、美國(guó)研究人員演示通過(guò)監(jiān)聽(tīng)DNA合成儀竊取合成信息

國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）網(wǎng)站發(fā)布的美國(guó)加州大學(xué)的一項(xiàng)研究結(jié)果顯示，DNA合成儀在合成DNA時(shí)所發(fā)出的機(jī)器聲音經(jīng)過(guò)錄音后，通過(guò)算法能夠準(zhǔn)確識(shí)別其正在合成的DNA序列。這項(xiàng)研究結(jié)果給合成生物學(xué)敲響了警鐘，合成儀需考慮該安全漏洞，以避免“黑客”入侵竊取合成數(shù)據(jù)信息。

合成生物學(xué)是通過(guò)人工設(shè)計(jì)和構(gòu)建自然界中不存在的生物系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)在化學(xué)品合成（包括材料、能源和天然化合物）、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用。近十來(lái)年，“合成生物學(xué)”飛速發(fā)展，受到各個(gè)國(guó)家和研究機(jī)構(gòu)的持續(xù)關(guān)注。麥肯錫全球研究所的研究報(bào)告將合成生物學(xué)評(píng)價(jià)為未來(lái)的革命性技術(shù)，認(rèn)為該技術(shù)將驅(qū)動(dòng)相關(guān)市場(chǎng)和全球經(jīng)濟(jì)的革命性發(fā)展，預(yù)測(cè)2025年合成生物學(xué)和工業(yè)生物技術(shù)產(chǎn)值將達(dá)到1，000億美元左右。2016年，經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織（OECD）在“下一代產(chǎn)業(yè)革命”的研討會(huì)上，將合成生物學(xué)列為10項(xiàng)顛覆性技術(shù)之一。

DNA的人工合成，是合成生物學(xué)的一個(gè)研究領(lǐng)域。DNA合成儀在合成DNA堿基（核苷酸腺嘌呤A、鳥(niǎo)嘌呤G、胞嘧啶C或胸腺嘧啶T）時(shí)會(huì)發(fā)出不同的聲音，這使得以該合成儀的聲音為特征訓(xùn)練的算法很容易識(shí)別正在合成的堿基種類(lèi)以及堿基排列順序。

在美國(guó)圣地亞哥舉行的2019年網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)安全研討會(huì)上，美國(guó)加州大學(xué)研究人員用一種廣泛使用的老式DNA合成儀演示了如何準(zhǔn)確竊取正在合成的DNA序列信息：研究人員用智能手機(jī)對(duì)正在運(yùn)行的DNA合成儀進(jìn)行錄音，然后通過(guò)訓(xùn)練有素的算法來(lái)識(shí)別DNA合成儀所發(fā)出的滴答聲和嗡嗡聲，這樣就能準(zhǔn)確地得到合成儀中正在合成的DNA序列。

研究人員表示，除發(fā)出的聲音外，發(fā)射的電磁場(chǎng)、散發(fā)的熱量以及機(jī)器的振動(dòng)頻率等，所有這些信息都可能為不法分子或生物恐怖分子提供挖掘敏感信息的線索。

五、美國(guó)情報(bào)高級(jí)研究計(jì)劃局尋求將人工智能技術(shù)用于城市監(jiān)視

目前，美國(guó)情報(bào)界研究機(jī)構(gòu)正尋求通過(guò)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)跟蹤城市監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)視頻中的人群。美國(guó)情報(bào)高級(jí)研究計(jì)劃局（IARPA）已發(fā)布了廣泛機(jī)構(gòu)公告（BAA），希望招募技術(shù)團(tuán)隊(duì)來(lái)構(gòu)建更大、更好的數(shù)據(jù)集以訓(xùn)練計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法，目的是對(duì)城市環(huán)境中的人群進(jìn)行監(jiān)視。經(jīng)過(guò)大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法可將安保攝像頭網(wǎng)絡(luò)拍攝的視頻內(nèi)容進(jìn)行合成，以更好地跟蹤和識(shí)別潛在目標(biāo)。

計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法是一種人工智能算法，它可使計(jì)算機(jī)理解圖像和視頻。該算法曾在2013年被用于調(diào)查波士頓馬拉松爆炸案的犯罪嫌疑人，自此之后，便開(kāi)始廣泛應(yīng)用。許多執(zhí)法機(jī)構(gòu)和公共安全組織已經(jīng)使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法來(lái)調(diào)查犯罪活動(dòng)、監(jiān)視關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和保障大型活動(dòng)，以防恐怖分子攻擊。

IARPA稱，目前可用于訓(xùn)練這些算法的數(shù)據(jù)相對(duì)較少，這限制了計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法對(duì)現(xiàn)實(shí)世界各種態(tài)勢(shì)的識(shí)別能力。IARPA尋求利用新型數(shù)據(jù)集來(lái)改進(jìn)訓(xùn)練過(guò)程，并讓計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)能夠連接城市攝像頭網(wǎng)絡(luò)拍攝的視頻畫(huà)面。未來(lái)，用于多攝像頭視頻網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法可支持案發(fā)后的犯罪現(xiàn)場(chǎng)重建、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸設(shè)施保護(hù)、軍隊(duì)保護(hù)和國(guó)家特種安全活動(dòng)。

根據(jù)IARPA發(fā)布的公告，方案提供者應(yīng)編輯約960小時(shí)的視頻，這些視頻應(yīng)包含大量不同的環(huán)境和場(chǎng)景。數(shù)據(jù)集必須至少包含20個(gè)不同安保攝像頭拍攝的視頻，這些攝像頭的位置、視角、分辨率和幀頻各不相同，并需要拍攝約2.5英畝的城市或半城市空間。視頻應(yīng)在全天候條件下拍攝，應(yīng)包含行人、移動(dòng)車(chē)輛、道路標(biāo)志和其他干擾信息。視頻的拍攝范圍內(nèi)必須至少包含200個(gè)測(cè)試目標(biāo)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法必須關(guān)注人的識(shí)別和跟蹤技術(shù)。

六、美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員僅憑聲音就可描繪出人臉

阿根廷經(jīng)濟(jì)新聞網(wǎng)2019年6月18日?qǐng)?bào)道稱，美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為Speech2Face的自主智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，僅憑聲音就可以描繪出人臉。

Speech2Face系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。研究人員搜集了來(lái)自YouTube等網(wǎng)站上的海量視頻，而所有視頻內(nèi)容都是人在講話。隨后他們利用這些資料對(duì)這個(gè)能夠自主智能學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以訓(xùn)練。通過(guò)訓(xùn)練，這個(gè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)到了聲音和面部特征的相關(guān)聯(lián)系，掌握了講話者的一些基本特征，例如年齡、性別、種族和音色等。Speech2Face系統(tǒng)能夠利用聲音與面部特征的關(guān)系，根據(jù)少量聲音片段大致推測(cè)出一個(gè)從未見(jiàn)過(guò)的講話者的面容。目前該系統(tǒng)并不能準(zhǔn)確還原一個(gè)講話者的面容，而是只能根據(jù)學(xué)習(xí)到的基本特征大致模擬人臉圖像。研究人員指出，這是因?yàn)樵撓到y(tǒng)的訓(xùn)練方向就是捕捉與年齡、性別等特征相關(guān)的視覺(jué)特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)屬于多位講話者的共性。在海量資料的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)只有在從未見(jiàn)過(guò)的講話者身上找到足夠多的共性之后，才能大致模擬出一幅人臉圖像。因此這幅圖像無(wú)法做到精確還原講話者的面容。此外，雖然該系統(tǒng)的資料庫(kù)規(guī)模龐大，但畢竟無(wú)法涵蓋全世界所有人，因此該系統(tǒng)模擬出來(lái)的圖像仍需要進(jìn)一步調(diào)整和完善。目前該系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何給這個(gè)資料庫(kù)擴(kuò)容，進(jìn)而使其描繪的講話者面容更加接近原型，但這項(xiàng)任務(wù)絕非易事，仍需研究人員進(jìn)一步努力。

七、美日研究人員利用激光向手機(jī)等電子設(shè)備發(fā)送語(yǔ)音指令

美國(guó)密歇根大學(xué)和日本電氣通信大學(xué)的研究人員證明，可用激光向手機(jī)、平板和智能音箱等發(fā)送語(yǔ)音指令。

該攻擊方法被研究人員命名為 “光指令（Light Commands）”，其依據(jù)的原理是：很多現(xiàn)代設(shè)備使用的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）話筒會(huì)對(duì)直接指向自身的光線做出反應(yīng)。話筒就是將聲波轉(zhuǎn)換為電子音頻信號(hào)的設(shè)備，但研究人員注意到，話筒也會(huì)對(duì)光源做出反應(yīng)，比如就像激光對(duì)聲波做出反應(yīng)那樣。這一特性可用于通過(guò)調(diào)制激光強(qiáng)度來(lái)將聲音“注入”話筒。在針對(duì)語(yǔ)音助手的攻擊中，攻擊者可用激光光束搭載語(yǔ)音指令 “射向” 目標(biāo)設(shè)備的話筒，話筒會(huì)解調(diào)該信號(hào)。設(shè)備將以處理用戶語(yǔ)音指令的相同方式處理此解調(diào)出來(lái)的信號(hào)。攻擊者可使用“光指令”攻擊指示語(yǔ)音助手執(zhí)行各類(lèi)指令，比如控制房間燈光開(kāi)關(guān)、打開(kāi)車(chē)庫(kù)門(mén)、解鎖并啟動(dòng)車(chē)輛、開(kāi)鎖，還可以受害者的名義在線下單購(gòu)物。很多設(shè)備都是此類(lèi)攻擊的目標(biāo)，包括運(yùn)行 Siri 和 Google Assistant 的手機(jī)和平板電腦，使用 Alexa 助手的亞馬遜 Echo 智能音箱和 Facebook Portal 智能屏幕。該攻擊已在蘋(píng)果、谷歌、亞馬遜、Facebook 和三星的十多種設(shè)備上做了測(cè)試。攻擊距離各設(shè)備不同，但至少可在 110 米開(kāi)外發(fā)起——測(cè)試距離受限于研究人員可用的通道長(zhǎng)度，而且攻擊甚至隔著玻璃窗都可行。

八、美軍生物識(shí)別項(xiàng)目Jetson可在200米外遙測(cè)心跳識(shí)別身份

MIT Technology Review報(bào)道稱，美國(guó)五角大樓完成了一項(xiàng)針對(duì)恐怖分子的生物識(shí)別項(xiàng)目Jetson該項(xiàng)目技術(shù)先進(jìn)，即使離目標(biāo)200米遠(yuǎn)，也能隔著衣服遙測(cè)心跳特征，進(jìn)而準(zhǔn)確識(shí)別目標(biāo)身份。Jetson的技術(shù)依據(jù)是：每個(gè)人的心跳特征不同，因此可以作為識(shí)別個(gè)體的要素。該項(xiàng)目使用激光振動(dòng)測(cè)量技術(shù)（laser vibrometry），主要識(shí)別心跳引起的表面運(yùn)動(dòng)。研究人員經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在較好的實(shí)驗(yàn)條件下（如被識(shí)別者只穿著普通襯衫、夾克），Jetson的識(shí)別準(zhǔn)確率不低于95%。在實(shí)際使用中，Jetson可與人臉識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)共同使用，以進(jìn)一步提高準(zhǔn)確率。然而，該項(xiàng)目也存在短板，如需要將發(fā)射至被識(shí)別者身上的激光點(diǎn)保持至少30秒才能得到較好結(jié)果，而且需要構(gòu)建恐怖分子心跳特征數(shù)據(jù)庫(kù)。
責(zé)任編輯；zl