编者按：以下文章经许可转载自The Conversation，这是一个涵盖最新研究的在线出版物。
每当发生幼儿意外枪击朋友或家人，青少年开枪自杀，或枪手实施大规模暴力事件时，公众讨论都会回到“智能枪”技术上。这个概念源于 1995年国家司法研究所（NIJ）的一项研究，该研究建议采用基于技术的方法来减少警察在与袭击者搏斗中被夺枪后遇害的事件。最近，奥巴马总统关于枪支暴力的讲话包括了 关于旨在促进电子枪支安全系统开发和商业化的联邦行动的具体建议。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅我们的屡获殊荣的新闻报道，以支持我们。 订阅。通过购买订阅，您将有助于确保关于当今塑造我们世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
“智能枪”一词已被大众媒体广泛采用，作为所有形式的电子个性化安全技术的统称。其想法是确保只有其授权用户才能开枪。但是，枪支可能被不当使用的不同情况需要根本不同的安全系统。
用普通的门锁来类比，是一种思考各种技术方法的有用方式。钥匙作为个人标识符。锁内识别钥匙的锁销充当验证器。而门闩则充当阻碍。所有电子枪支安全系统都必须完成这三个基本功能——识别授权射击者，验证他们的凭证，然后释放对发射机构的阻碍。
如何满足这些需求取决于应用环境的性能限制和武器本身的物理限制。这些差异在个性化武器技术家族树上创建了不同的分支。
接近传感器——你能听到我说话吗？
一组解决方案的起源可以追溯到 NIJ 的一项研究，该研究的重点是在近距离搏斗中保护警察的武器不被夺走。它建议使用基于射频识别（RFID）的令牌型接近传感器。已经展示了许多可工作的 RFID 原型枪，从柯尔特 1996 年的 手枪开始，包括 Triggersmart、iGun M-2000 和 Armatix iP1。
在徽章、腕带或戒指中，用户佩戴被动 RFID 标签，就像那些嵌入产品中以防止盗窃的标签一样。它是“令牌”，在门锁类比中充当钥匙。就像实体钥匙一样，它可以被复制或共享。重要的是拥有令牌，而不是令牌持有者的身份。
无线 RFID 阅读器内置在枪支中，并充当验证器的角色。它生成一个信号，激活 RFID 标签以响应嵌入式代码。如果匹配，则机电组件会解除武器发射系统的阻碍，枪支正常工作。这些系统的响应时间通常取决于阻碍系统中使用的机电组件的选择（例如，伺服电机、螺线管、形状记忆金属），但通常小于半秒。按照设计，只要存在信号连接，或者在某些配置中只要压力传感器检测到正在握枪，枪支就可以保持激活状态。
如果标签离发射器太远而无法自我激活和响应，那么就好像丢失了前门的钥匙一样——枪支仍然被锁定。例如，Armatix iP1 指定的范围为 15 英寸。如果您尝试使用不包含单独代码的信号来欺骗转发器，那么就像使用错误的钥匙一样——它可能适合插槽，但由于与锁销不匹配而无法转动——并且枪支仍然被锁定。
各种设计都会干扰机械发射机构的不同部位——从扳机杆到撞针。还有不同的技术，包括螺线管致动器、基于形状记忆合金的组件，甚至电子发射系统，这些系统充当接收到验证系统时释放的门闩。这些细节是市场上各个产品的专有信息，反映了在功耗、容纳组件的可用空间和响应时间方面的设计权衡。
枪支与令牌的接近程度并非在近距离搏斗中合法拥有的绝对决定因素。但该技术确实提供了操作简单、允许用户（即合作伙伴）之间的武器轻松交换，并且如果警官被制服且执勤武器被夺走，则可以可靠地禁用武器。
生物识别技术——我认识你吗？
基于令牌的系统在街头遭遇中的优势在家庭中会变成劣势。该方法的可行性完全取决于所有者将令牌放在不允许的用户无法访问的地方。但是，用于家庭保护的枪支更可能将令牌和武器放在一起存放，以防止在入侵事件中出现任何延迟。并且任何拥有令牌和武器的人都可以开枪。
第二组技术是为了响应 新泽西州 和 马里兰州 在 2000 年代初通过的儿童安全手枪法案而发展起来的，旨在防止在家中存放的个人枪支被未经授权使用。生物识别身份验证系统消除了物理令牌。相反，任何授权用户的可测量的物理特征都成为钥匙。它不能在未经许可的情况下被拿走、伪造或以其他方式转移。
迄今为止，指纹一直是生物识别系统中使用的主要属性。Kodiak Arms 的 Intelligun 和 Safe Gun Technology 的步枪 改装 将指纹检测用作主要安全模式。如果指纹是钥匙，那么传感器和模式匹配软件就是这些枪支中执行身份验证功能的锁销。
最广泛使用的传感器技术依赖于指纹的电容成像。手指的脊和沟槽与传感器板之间的距离变化会在 传感器 中的导体板阵列中产生可测量的电荷存储（电容）分布。其他指纹传感器依赖于红外（热）成像，一些传感器使用压力检测来创建数字模式，该模式是指纹的唯一表示。
传感器软件需要经过训练来存储可能代表单个用户的不同手指或来自多个授权用户的各种手指的可接受模式。之后，将拒绝任何在指定公差范围内不匹配的模式。身份验证过程的可靠性受传感器的分辨率、暴露的手指的范围和方向以及可能干扰映射的物理因素的影响。例如，手指上的水分会使电容检测器失效，冰冷的手指会降低热成像的可靠性，而污垢、油漆或手套会使指纹模糊到无法识别。
还有其他类型的生物识别安全技术正在探索中。NIJ 赞助的一个原型采用了 血管生物识别技术，该技术可以检测皮肤表面下的血管结构。一种新兴的生物识别技术是动态的或 行为 的，它结合了通过学习的行为模式放大的个性化身体的某些元素。例如，语音识别结合了声带的结构和婴儿时期学到的语音呼吸模式。电子签名验证捕获签名者在生命早期形成的模式中执行手写时，笔在 LCD 面板上的速度和压力（而不是签名的图像）。
在过去的 15 年中，我们在 NJIT 的研究团队开发了一种基于 新型行为生物识别技术 的枪支安全系统，称为动态握把识别™ (DGR)。该团队 证明 了，当一个人反向支撑扳机拉力的力时，手枪握把上产生的压力模式随时间的变化对用户是唯一的、可重现和可测量的。
我们的原型会在扳机拉动的前 1/10 秒内检测到握把模式，并且在射击者没有明显延迟的情况下解锁武器。由于 DGR 在正确握持武器的扳机拉动期间工作，因此该方法还可以减少在错误操作上膛武器期间的意外发射。
可靠性——我能相信你吗？
在讨论电子枪支安全系统时，可靠性始终是一个令人关注的问题。
发射武器的内部对电子产品来说并非友好环境，但是现在已经有足够多的加固电路的历史，基础电子硬件的故障率比机械武器的预测故障率低几个数量级（大约在 1/1000 到 1/10000 之间，具体取决于武器的精度和质量）。
电力显然也是一个需要关注的问题。但是，智能手机和便携式电子产品推动的微处理器技术和电池存储方面的进步消除了这个问题，不再是障碍。运动检测和唤醒软件可以减少存储期间的电池消耗。将电源集成到弹药夹中，甚至通过机械循环充电都是解决电源损耗作为故障模式的方法。
在生物识别系统中，还有另一个要素需要考虑：识别算法的失败。这些是错误的否定，即不识别合法的用户，或错误的肯定，即错误地验证了冒名顶替者。据称指纹检测器的识别率高达 99.99%（1/10000 的失败率）。
随着传感器技术阵列的增长，人们可能会期望多传感器或多光谱方法成为基于生物识别的系统的最终选择。当使用独立测量时，这些方法具有提高可靠性率的优势。例如，具有 1/10000 失败率的指纹传感器，加上具有 1/1000 失败率的动态握把识别，将产生 1/10000 x 1000 或 1/10000000 的组合可靠性。
我们能买到一把吗？
在长达 20 年的“智能枪”讨论中，这个话题一直是支持和反对枪支游说团体之间辩论的焦点。但通常情况下，人们对基础技术、它们的适当使用和它们的设计局限性缺乏实质性的了解。
个性化武器技术可以为减少因意外或未经授权的武器使用而导致的伤亡做出贡献。但这并非万能之策——这项技术无法阻止像弗吉尼亚理工大学、奥罗拉或桑迪胡克那样使用合法购买的武器进行的枪击事件。但它可以为购枪者提供一种选择，以确保他们的武器永远不会落入不法之徒手中。
现有的平台表明，智能枪并非科幻小说，而且很可能比预期更早成为商业现实。美国国家司法研究所（NIJ）的一项最新调查确定了 13 种不同的个性化武器系统，其中至少有 3 种被认为处于商业预生产阶段。奥巴马的倡议可能是加速发展和促进私人部门投资的重要一步，这对于使这些技术成熟到足以可靠和负担得起，从而刺激消费者采用至关重要。
唐纳德·塞巴斯蒂安是新泽西创新研究所的总裁兼首席执行官，该研究所是新泽西理工学院的公司，将该州科技大学的知识和技术资源应用于行业合作伙伴确定的挑战。新泽西理工学院拥有本文中描述的DGR技术的专利。过去，新泽西理工学院曾获得国家司法研究所管理的联邦拨款以及新泽西州的拨款，用于进行生物识别控制手枪原型机的研发。
本文最初发表在The Conversation网站上。阅读原文。