AFRL把“数字孪生人体”部署到F-16战斗机上

最近几年，美国工程院和AFRL针对“数字孪生人体”（Digital Twin Human）持续研究，分别形成了“人机编组”（Human-AI Teaming）和“集成驾驶舱传感”（ICS，Integrated Cockpit Sensing）的成果，本文主要介绍ICS的近况。

AFRL是数字孪生体的拥趸，它不仅在武器装备（如战斗机）上广泛应用数字孪生体技术，而且为作战人员建立了“数字孪生人体”体系，已经在F-16战斗机及飞行员上进行了实际测试。

针对F-16战斗机飞行员，AFRL设计了一套数据采集机制，并根据需要不断增加数据来源，从而逐步逼近了数字孪生人体的效果，为全面分析飞行员的身体状况提供了基础条件。

在此基础上，AFRL还叠加战场环境技术，让数字孪生人体和数字孪生环境耦合，形成了一个可以互操作的体系，从而能够持续不断改善提升“任务效果”（Mission Effectiveness）。

针对目标人员，通过穿戴或非接触传感器，收集生理数据，同时还利用广泛部署的传感网络，采集战场环境数据局，从而具备实时评估战斗机作战能力的条件，这对于军事任务的完成非常重要。

按照美国工程院的说法，建立人和机器（AI/ML）的实时评价体系，需要解决“不确定”（Uncertainty）的难点，这是传统的技术无法大规模部署的最大障碍，只有数字孪生体才是唯一的解决方案。

关于数字孪生人体的设计思路和应用情况，有兴趣的读者可以阅读《数字孪生体》一书，或者参考《军事人工智能白皮书》提供的参考资料，即美国工程院相关分析报告。

相关分析显示，军用喷气式飞机飞行员长期以来一直在与缺氧（低氧）、脱水、时间扭曲、精神疲惫、空间迷失方向和过度换气作斗争，但由于持续不断的生理发作，加上飞行员自己因害怕被禁足而不愿报告发作，使之缺乏客观监测而具备较大的风险。

AFRL力图解决这个问题，于是在2019年启动数字孪生人体的试点应用，经过4年时间，逐步确定了商业传感器选择原则，以及跟空中作战司令部（ACC）建立合作关系，把已经完成内场测试的ICS进行部署。

这项工作已经在2024年初完成，近期AFRL宣布，ICS已经在四架F-16战斗机上进行部署测试，取得了较好的效果。

从AFRL具体实施过程来看，它采取了两头着力的方式，即利用建模仿真加强基础研究，同时还利用真实世界的测试不断改进ICS原型。

该项目的支撑单位将传感器集成在驾驶舱和飞行员的头盔、氧气系统和服装中，驾驶舱传感器跟踪空气质量、压力和其他因素，而身体传感器则监测血氧水平、心率、体温、湿度、呼吸率和其他指标，由此形成了一套数字孪生人体体系。

据该系统资料介绍，这套跟踪监测体系采用了边缘计算能力，以保证真正作战时候的恶劣通信环境仍然可以正常工作。

数字孪生战场实验室针对训练人员，设计并研发了类似的系统，其应用场景主要为训练，已经在体育和军事训练两个领域得到初步应用。

针对数字孪生人体的应用场景，数字孪生战场实验室将继续开展研究工作，力求实现N维的数字孪生人体模型，提高评价的可信水平。