美國在人工智能領(lǐng)域的研究進(jìn)展情況分析

一、美國國家科技委員會分析人工智能研發(fā)進(jìn)展

2019年11月，美國白宮下設(shè)的國家科技委員會（NSTC）發(fā)布《2016~2019年進(jìn)展報告：推進(jìn)人工智能研發(fā)》，總結(jié)了美國聯(lián)邦政府各機(jī)構(gòu)按照《國家人工智能研究發(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。

報告稱，美國總統(tǒng)特朗普2019年2月簽發(fā)行政令提出的“美國人工智能計劃”將研發(fā)的首要任務(wù)確定為維持美國在人工智能領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。而美國當(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，很大程度上是因為其擁有強(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，通過在各自所承擔(dān)任務(wù)領(lǐng)域投資世界領(lǐng)先的研究項目，為美國的人工智能創(chuàng)新做出了突出貢獻(xiàn)。

美國國家科技委員會2019年更新的《國家人工智能研究發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃》是指導(dǎo)聯(lián)邦政府人工智能研發(fā)投資的國家戰(zhàn)略。該戰(zhàn)略提出八大研發(fā)方向：一是繼續(xù)長期投資基礎(chǔ)性人工智能研究；二是開發(fā)補(bǔ)充和增強(qiáng)人類能力的人工智能系統(tǒng)，更加關(guān)注未來工作前景；三是應(yīng)對人工智能的倫理、法律和社會影響；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)工具的開發(fā)；七是發(fā)展人工智能研發(fā)人才隊伍，包括開發(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)展報告：推進(jìn)人工智能研發(fā)》對應(yīng)以上研發(fā)方向，對美聯(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。在每個研發(fā)方向下，報告均從科學(xué)與工程領(lǐng)域、國防領(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)項目和活動情況，并通過說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、美國國會研究服務(wù)局闡述對國家安全有重要影響的新興技術(shù)

2019年12月19日，美國國會研究服務(wù)局（CRS）發(fā)布報告《國防基礎(chǔ)：新興技術(shù)》，闡述將在未來數(shù)年里對美國國家安全產(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、監(jiān)視與偵察，后勤保障，網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)，指揮控制系統(tǒng)，半自主和自主平臺等。人工智能未來將催生蜂群作戰(zhàn)等新作戰(zhàn)概念，人工智能技術(shù)賦能的“深度造假”，可對圖片、視頻內(nèi)容進(jìn)行篡改，可能被對手用于“灰色地帶”信息戰(zhàn)奪取優(yōu)勢。美國國防部2018年創(chuàng)建聯(lián)合人工智能中心，《2019財年國防授權(quán)法》設(shè)立人工智能國家安全委員會，評估美國在人工智能領(lǐng)域的競爭力，向國會提供發(fā)展建議。

2定向能武器

美國國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)對導(dǎo)彈齊射、無人機(jī)蜂群。激光武器屬于此類，可用于地面作戰(zhàn)人員應(yīng)對火箭炮、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，在國家安全方面有重大的潛在應(yīng)用價值。美國政府問責(zé)局曾于2018年發(fā)布報告強(qiáng)調(diào)，美國國防部、國務(wù)院、國土安全局和國家情報總監(jiān)辦公室對生物技術(shù)中的基因編輯技術(shù)進(jìn)行過評估，該技術(shù)可能會通過基因編輯或修改DNA的方式來對人類、以及其他動物和植物進(jìn)行修改。這些技術(shù)可能被用來提升軍事人員的作戰(zhàn)能力。合成生物技術(shù)可能被用來制造生化武器。美國的對手國家在研究和應(yīng)用生物技術(shù)方面的限制相對較少，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、美國國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日報道，美國國防部正在準(zhǔn)備一項新的電磁頻譜戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略預(yù)計將于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)會舉行的一次圓桌會議上，美國國防部長電磁頻譜作戰(zhàn)跨職能團(tuán)隊副主任、美國空軍少將Lance Landrum對記者說：“我們在電磁頻譜方面面臨挑戰(zhàn)。”

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

該工作旨在將現(xiàn)有的兩項戰(zhàn)略——由CIO開發(fā)的美國國防部2013年電磁頻譜戰(zhàn)略和美國國防部電子戰(zhàn)戰(zhàn)略——融合為一項單一的政策：電磁頻譜優(yōu)勢戰(zhàn)略。Landrum表示，跨職能團(tuán)隊和CIO辦公室已經(jīng)在該戰(zhàn)略上取得了進(jìn)展，預(yù)計將在2020年夏季末發(fā)布戰(zhàn)略。

新成立的團(tuán)隊還開始了一項為期一年的人力分析研究，該研究將重點確定美國軍用和民用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，他們已經(jīng)進(jìn)行了幾個月的研究，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，該團(tuán)隊還高度重視電磁戰(zhàn)管理，以幫助指揮官做出更好的作戰(zhàn)決策，同時了解相關(guān)的風(fēng)險。

四、美國研究人員演示通過監(jiān)聽DNA合成儀竊取合成信息

國際電氣和電子工程師協(xié)會（IEEE）網(wǎng)站發(fā)布的美國加州大學(xué)的一項研究結(jié)果顯示，DNA合成儀在合成DNA時所發(fā)出的機(jī)器聲音經(jīng)過錄音后，通過算法能夠準(zhǔn)確識別其正在合成的DNA序列。這項研究結(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)是通過人工設(shè)計和構(gòu)建自然界中不存在的生物系統(tǒng)，來實現(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。近十來年，“合成生物學(xué)”飛速發(fā)展，受到各個國家和研究機(jī)構(gòu)的持續(xù)關(guān)注。麥肯錫全球研究所的研究報告將合成生物學(xué)評價為未來的革命性技術(shù)，認(rèn)為該技術(shù)將驅(qū)動相關(guān)市場和全球經(jīng)濟(jì)的革命性發(fā)展，預(yù)測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”的研討會上，將合成生物學(xué)列為10項顛覆性技術(shù)之一。

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

在美國圣地亞哥舉行的2019年網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)安全研討會上，美國加州大學(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)對正在運行的DNA合成儀進(jìn)行錄音，然后通過訓(xùn)練有素的算法來識別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、散發(fā)的熱量以及機(jī)器的振動頻率等，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、美國情報高級研究計劃局尋求將人工智能技術(shù)用于城市監(jiān)視

目前，美國情報界研究機(jī)構(gòu)正尋求通過訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法來跟蹤城市監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)視頻中的人群。美國情報高級研究計劃局（IARPA）已發(fā)布了廣泛機(jī)構(gòu)公告（BAA），希望招募技術(shù)團(tuán)隊來構(gòu)建更大、更好的數(shù)據(jù)集以訓(xùn)練計算機(jī)視覺算法，目的是對城市環(huán)境中的人群進(jìn)行監(jiān)視。經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)訓(xùn)練，計算機(jī)視覺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，以更好地跟蹤和識別潛在目標(biāo)。

計算機(jī)視覺算法是一種人工智能算法，它可使計算機(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)使用計算機(jī)視覺算法來調(diào)查犯罪活動、監(jiān)視關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和保障大型活動，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)相對較少，這限制了計算機(jī)視覺算法對現(xiàn)實世界各種態(tài)勢的識別能力。IARPA尋求利用新型數(shù)據(jù)集來改進(jìn)訓(xùn)練過程，并讓計算機(jī)視覺系統(tǒng)能夠連接城市攝像頭網(wǎng)絡(luò)拍攝的視頻畫面。未來，用于多攝像頭視頻網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)視覺算法可支持案發(fā)后的犯罪現(xiàn)場重建、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施和運輸設(shè)施保護(hù)、軍隊保護(hù)和國家特種安全活動。

根據(jù)IARPA發(fā)布的公告，方案提供者應(yīng)編輯約960小時的視頻，這些視頻應(yīng)包含大量不同的環(huán)境和場景。數(shù)據(jù)集必須至少包含20個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、移動車輛、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個測試目標(biāo)，計算機(jī)視覺算法必須關(guān)注人的識別和跟蹤技術(shù)。

六、美國麻省理工學(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日報道稱，美國麻省理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一個名為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)實際上就是一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。研究人員搜集了來自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這個能夠自主智能學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加以訓(xùn)練。通過訓(xùn)練，這個系統(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出一個從未見過的講話者的面容。目前該系統(tǒng)并不能準(zhǔn)確還原一個講話者的面容，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，這是因為該系統(tǒng)的訓(xùn)練方向就是捕捉與年齡、性別等特征相關(guān)的視覺特點，而這些特點屬于多位講話者的共性。在海量資料的基礎(chǔ)上，該系統(tǒng)只有在從未見過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)的資料庫規(guī)模龐大，但畢竟無法涵蓋全世界所有人，因此該系統(tǒng)模擬出來的圖像仍需要進(jìn)一步調(diào)整和完善。目前該系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)就是如何給這個資料庫擴(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)送語音指令

美國密歇根大學(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）話筒會對直接指向自身的光線做出反應(yīng)。話筒就是將聲波轉(zhuǎn)換為電子音頻信號的設(shè)備，但研究人員注意到，話筒也會對光源做出反應(yīng)，比如就像激光對聲波做出反應(yīng)那樣。這一特性可用于通過調(diào)制激光強(qiáng)度來將聲音“注入”話筒。在針對語音助手的攻擊中，攻擊者可用激光光束搭載語音指令 “射向” 目標(biāo)設(shè)備的話筒，話筒會解調(diào)該信號。設(shè)備將以處理用戶語音指令的相同方式處理此解調(diào)出來的信號。攻擊者可使用“光指令”攻擊指示語音助手執(zhí)行各類指令，比如控制房間燈光開關(guān)、打開車庫門、解鎖并啟動車輛、開鎖，還可以受害者的名義在線下單購物。很多設(shè)備都是此類攻擊的目標(biāo)，包括運行 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。該攻擊已在蘋果、谷歌、亞馬遜、Facebook 和三星的十多種設(shè)備上做了測試。攻擊距離各設(shè)備不同，但至少可在 110 米開外發(fā)起——測試距離受限于研究人員可用的通道長度，而且攻擊甚至隔著玻璃窗都可行。

八、美軍生物識別項目Jetson可在200米外遙測心跳識別身份

MIT Technology Review報道稱，美國五角大樓完成了一項針對恐怖分子的生物識別項目Jetson該項目技術(shù)先進(jìn)，即使離目標(biāo)200米遠(yuǎn)，也能隔著衣服遙測心跳特征，進(jìn)而準(zhǔn)確識別目標(biāo)身份。Jetson的技術(shù)依據(jù)是：每個人的心跳特征不同，因此可以作為識別個體的要素。該項目使用激光振動測量技術(shù)（laser vibrometry），主要識別心跳引起的表面運動。研究人員經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，在較好的實驗條件下（如被識別者只穿著普通襯衫、夾克），Jetson的識別準(zhǔn)確率不低于95%。在實際使用中，Jetson可與人臉識別等生物識別技術(shù)共同使用，以進(jìn)一步提高準(zhǔn)確率。然而，該項目也存在短板，如需要將發(fā)射至被識別者身上的激光點保持至少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。
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