新兴的人工智能时代面临来自定向能武器日益增长的威胁

自主和人工智能系统越来越依赖光学和射频传感器以及强大的计算机算力。它们面临来自定向能激光和微波武器日益增长的脆弱性。

Monochromatic red image showing ship at sea with a laser shooting across frame

美国海军圣安东尼奥级两栖船坞运输舰“波特兰”号于 2020 年 5 月 16 日在太平洋进行了固态激光器 - 技术成熟激光武器系统演示器测试。该舰在测试中使用其新型激光定向能武器成功击落了一架小型无人机。

美国海军/阿拉米直播新闻

五月,美国空军部长乘坐一架 F-16 战斗机,在加利福尼亚沙漠上空进行了一场模拟空战,而这架战斗机由人工智能控制。从旧金山到波士顿的汽车制造商们正在争先恐后地交付无人驾驶汽车。在挪威,一艘无人货船在港口之间运送化肥。在陆地、海洋和空中,我们都面临着此类自主平台的到来——其中一些设想是为了造福人类,另一些则注定用于破坏——每个人、政府、企业和犯罪分子都可以使用。

这些平台拥有一个鲜为人知的致命弱点,那就是另一种快速发展的技术:“定向能”激光和微波武器。当我们进入思维机器时代时,公众需要了解这种弱点。

定向能武器(DEW)可以扰乱或破坏此类自主系统所依赖的许多传感器和电子设备。它们显著扩展了通常由枪支和导弹以及传统的“电子战”系统产生的效果范围,这些系统会干扰或欺骗通信接收器、雷达和导弹导引头。


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这很重要,因为利用光谱的光学和射频波段的创新传感器正在推动这些自主机器的开发,同时还有旨在模仿人类思维或推理的人工智能处理。这个时代不仅仅局限于“L5 级”完全无人驾驶汽车交付商品和服务的无人机。我们还将看到新武器的出现。

自 20 世纪 60 年代以来,美国政府已对定向能武器进行了大量投资,这种武器会产生强烈的电磁环境,从而在战斗中扰乱、损坏或摧毁目标。虽然定向能武器在一个多世纪以来已在科幻小说中广受欢迎,但它们现在正成为一种可操作的现实。

近年来,国防部每年在定向能武器技术上的投资超过 10 亿美元,这些技术通常以高能激光器或高功率微波系统的形式出现。一些激光和微波武器已经部署在战场上,而另一些正在测试中激光武器系统通常可以在比微波系统更远的距离上击败目标,但单个激光一次只能与一个目标交战。相反,微波鉴于其更广泛的区域覆盖范围,如果目标在武器的有效范围内,则可以同时与多个目标交战。今天的微波武器现在正被用于击败成群的武装无人机,通过压制和扰乱其内部电子设备,使其从空中坠落。此类无人机在乌克兰对抗俄罗斯入侵部队的战斗中继续被双方大量使用。最近,国防部启动了“复制者计划”,以加速向作战人员提供自主系统,这些系统可能容易受到定向能武器的攻击。

大多数激光系统发射高功率连续波,这意味着它们必须长时间瞄准目标的特定部位,才能损坏目标或其电子设备。激光武器对目标产生的动能效应,很像远距离的喷枪,已被多个国家的军事领导人充分理解和资助。自主系统的光学传感器尤其容易受到激光攻击。这包括来自市售高功率激光器的攻击。这些商用激光器,甚至功率较低的激光器,都可以与简易光学器件结合使用,以制造潜在有效的反传感器武器。

微波定向能武器,通常被称为射频武器,旨在损坏电子系统。目前正在开发的大多数武器都依赖于产生极高的峰值功率,范围从一百万瓦特到一万亿瓦特的有效辐射功率,脉冲持续时间通常不到百万分之一秒,从而扰乱、降低或损坏目标的电子设备。潜在的目标不仅包括自主系统,还包括所有现代电子设备。这包括从电网的电子控制装置到为整个物联网供电的电子设备。射频武器要么将能量耦合到目标的预期电磁孔径中,称为“前门”耦合,要么通过意外的孔径耦合,称为“后门”耦合。前门耦合的一个例子是通过目标接收器的天线进行攻击。在后门耦合中,能量通过接缝、非导电表面或未屏蔽的电线与目标系统内的电路连接,产生瞬态电压,这些电压可能会扰乱运行,甚至可能导致内部微芯片内发生电弧和损坏。即使是光学传感器也可能容易受到微波攻击,因为它们的响应会迅速转换为电信号。与传统的电子战不同,这些影响通常在射频照射结束后仍会持续存在于电子设备中。这些持久的影响使得无人机在受到微波能量攻击时坠落。

现实世界的人工智能极具挑战性,关于此类系统是否能够完全理解并在现实世界场景中运行,还存在很多争论。随着自动驾驶汽车制造商继续追求无人驾驶能力,他们通常采用不同类型的传感器来实现其目标。例如,特斯拉最近决定仅在其启用 Tesla Vision 的汽车中使用光学摄像头,而 Alphabet 的 Waymo 汽车则结合使用雷达、激光雷达(光探测和测距)和摄像头。关于无人机自主的不同级别和所需的关联传感器也存在类似的争论。在这些讨论中,我们不应忽视这样一个事实,即所有这些平台还包含重要的计算机处理能力,通常被称为边缘计算,这也需要保护。无论争论的结果如何,重要的是要记住,技术开发人员专注于推动最先进的技术。无论系统如何,开发人员都不太可能关注未来的电磁环境趋势。然而,现在是考虑这些因素的时候了,当系统正在设计时,低成本的措施可以提高其生存能力。在功能已经投入运行之后再尝试,是一项成本更高且更具挑战性的任务,而且常常会失败。

目前的定向能武器已被证明是有效的,美国是许多在该领域进行研究的国家之一。此外,人们认为缺乏针对微波和激光的硬化技术的实施,可能会推动所有利益相关者(包括政府和不良行为者)加速对全球定向能武器的投资。

正如尼古拉·特斯拉在 1919 年首次在Electrical Experimenter杂志上发表的《我的发明》中写道:“最终将生产出遥控自动化装置,能够像拥有自己的智能一样行动,它们的出现将引发一场革命。” 他在这里谈到了可能容易受到定向能武器攻击的、具有人工智能能力的自主系统。特斯拉的革命现在已经来临。

这是一篇观点和分析文章,作者或作者表达的观点不一定代表《大众科学》的观点。

David C. Stoudt 是 Booz Allen Hamilton 的定向能高级执行顾问和研究员,并且是定向能专业协会的主席。他于 1995 年在老道明大学获得电气工程博士学位,并在美国海军部服役 32 年,其中 последние 12 年担任执行高级技术专家职位,担任海军首任定向能杰出工程师。

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