穿戴式計算機：未來士兵的“電子心臟”

穿戴式計算機并沒有引起美國軍方足夠的重視。雖然幾家主要的穿戴式計算機廠商都時常從國防部獲得一些訂單，但與傳統武器動輒上千萬，甚至上億的合同額相比，價值數百萬的訂單實在不值一提。更讓人沮喪的是，即使是國防部采購，這些穿戴式設備仍主要應用于設備故障檢測與維修領域。

穿戴式計算機在軍事領域的應用真的就此作罷？陸軍的兩個在研項目——“陸地勇士”和“理想部隊勇士”給出了截然相反的答案，他們甚至把它稱之為士兵的“電子心臟”，這對于廠商來說，不啻于一劑強心劑。

穿戴式計算機概述

根據字面理解，穿戴式計算機的功能應該與個人電腦相仿。是的，在功能上，穿戴式計算機并沒有獨特的創新。正如我們所知道的，它的創新與挑戰主要集中于“穿戴”上。

目前，穿戴式計算機最大的市場仍是民用市場。它的用戶包括公共設施線務員、電信技術員、飛機機械員和醫療人員。設備的故障診斷與維修是其主要應用領域。

當穿戴式計算機應用于戰場時，軍方對其提出了更高的要求。

首先是可靠性

作為未來士兵的“電子心臟”，它為所有的作戰系統，如未來作戰系統理想部隊勇士，提供功能強大但性能穩定的計算平臺。如果平臺出現故障，帶給士兵的將是致命的后果。

其次是便攜性

便攜性表現在兩個方面：重量輕、支持無線聯網。對于像ＯＦＷ這樣的項目來說，不可能接受笨重的計算設備，即使是不足１公斤的輕薄筆記本電腦，仍不能令人滿意。所以，如何控制計算機部件的重量對廠商來說是必須面對的挑戰。

無線聯網技術對未來士兵同樣重要。商用領域成熟的無線聯網技術，能提供高帶寬的、穩定的連結能力，這使得士兵能方便地與總部或隊友通信，甚至可以與海陸空三軍的各類網絡相連，使士兵能更大限度地發揮未來“網絡中心戰”的效力。

然后是應用系統

沒有了應用系統，稱計算機為一堆“爛鐵”也不為過。如何將現有的基于桌面電腦的戰術應用系統移植到穿戴式計算機，對軟件廠商來說，也許是尚待開發的重要市場。

最后是易操作性

穿戴式計算機的操作比個人電腦還容易。它可以通過腕式鍵盤，也可以通過背帶上的可編程按鍵來操作，它甚至可以在武器上安裝操作鍵，以便士兵保持必要的開火姿勢。

穿戴式計算機與士兵系統

無論是在研的士兵系統，還是設想中的士兵系統，數字化都將是永恒的主題。穿戴式計算機正是為這些系統中的數字化部件提供一個集成平臺，其重要性可想而知。下文以美國陸軍的“陸地勇士”和“理想部隊勇士”為例，介紹穿戴式計算機在戰場上的應用。

１、陸地勇士

陸地勇士項目的穿戴式計算機，其操作系統與ＰＣ無異，基本上都是Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００，最新的則有Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ，甚至可以是Ｌｉｎｕｘ。

計算機的主機綁在士兵的背部低腰處。如果計算機因故丟失，士兵仍可以通過一個獨立的通信導航（ＣｏｍｍＮａｖ）儀繼續使用系統的視頻和熱成像武器瞄準器（ＴＷＳ）。該導航儀（其實是一個ＰＤＡ）使用英特爾 ＳｔｒｏｎｇＡｒｍ處理器（該處理器專用于掌上電腦），并運行Ｗｉｎｄｏｗｓ ＣＥ（專用于掌上電腦的Ｗｉｎｄｏｗｓ版本）。

定期更新的地圖和指令、視距范圍內的視頻影像，都通過單目頭盔顯示器（ＨＭＤ）來查看。通過頭盔顯示器，士兵還可以查看計算機生成的圖像數據、數字地圖、情報信息、部隊位置或其它有用的影像。在必要情況下，他們還可以混合使用ＨＭＤ和ＧＰＳ，這將給予士兵空前的態勢意識。

頭盔顯示器的“觸摸控制”部件位于士兵的胸口皮帶上，因而可以很方便地操控顯示器。為了減少電腦操作對士兵作戰的影響，士兵還可以用兩個靠近扳機的按鈕來操控顯示器。

計算機還安裝了病毒防殺軟件，用以阻止惡意代碼、蠕蟲病毒等。電源管理軟件則為計算機提供有效的電源管理，對所有便攜設備來說，電源的持續供應始終是難題。

其它的軟件系統提供地圖和戰場布局、導航信息、火力和障礙的規劃輔助與報告、后勤規劃輔助與跟蹤、人員清單與時間安排以及在線計算機參考材料等。

為了方便系統升級與應用軟件開發，陸地勇士的穿戴式計算機采用開放式架構。項目組將盡可能利用商用成品（ＣＯＴＳ）部件來構建該架構，否則，它又會成為一個“煙囪式系統”。

不過，并非所有的陸地勇士都擁有相同的裝備。

除了標準化裝備外，班長將配戴手持顯示器，該顯示器的鍵盤可以戴在手腕上。這些設備能讓他們編輯文本消息，然后通過與ＳＩＮＣＧＡＲＳ兼容的無線電裝置，以脈沖方式發送到上級。

２、理想部隊勇士

ＯＦＷ項目是在陸地勇士項目基礎之上加以改進，它也在開發穿戴式計算機。在該項目中，計算機幾乎是士兵皮膚的一部分。它的目標是讓士兵感覺不到它的存在。

對工程師來說，ＯＦＷ面臨最大的挑戰之一是讓計算機擁有足夠的電力，但不產生額外的熱量。產生的熱量越多，士兵就越容易被敵方的傳感器偵測到。專家們正在研究利用戰服來散發熱量，并設計形態不規則的電力設備，使士兵不會引起敵方傳感器的注意。

作為便攜式計算機的一種，穿戴式計算機同樣無法回避電池壽命太短這個普遍存在的問題。士兵系統的工程師正在尋找一些新的技術，如空氣電池（只需要空氣和水，但目前還不太穩定）和燃料電池（前景不錯，但燃料的穩定性還不保證）等等。ＯＦＷ的牽頭系統工程師Ａｎｄｙ Ｔａｙｌｏｒ認為，全美達（Ｔｒａｎｓｍｅｔａ）公司生產的Ｃｒｕｓｏｅ處理器很適合穿戴式計算機。這種處理器很小（最新的ＴＭ５９００，大小與２５美分的硬幣相信），很輕，而且性能消耗很少。因為它不需要像其它處理器那樣，對一些無謂的應用提供支持。最新的Ｃｒｕｓｏｅ處理器ＴＭ５９００的工作頻率為８００～１ＧＭＨｚ．

未來的穿戴式計算機將還擁有面部識別和語言翻譯能力。Ｔａｙｌｏｒ希望，穿戴式計算機最終能解釋某人所說的話（如印度語或波斯語），然后將它用文本格式或計算機語音，以英語的方式輸入到系統中去。

包括陸軍通信和電子指揮中心在內的幾乎所有的陸軍研究機構，以及ＤＡＲＰＡ，都參與了這個項目。

穿戴式計算機的關鍵技術

１、將線纜織入衣服

士兵系統的專家正在利用一些特殊的方式，將電纜和光纖織入紡織品中，使穿戴式計算機無須因電纜、光纖而增加額外的重量，并占用額外的空間。這種特殊的織物使戰士在特定的情境下，只需極少的步驟，就可以執行一些必要的操作。

內蒂克士兵系統中心的單兵防護組、ＯＦＷ技術項目辦公室和位于Ｆｏｒｔ Ｍｏｎｍｏｕｔｈ的通信和電子指揮中心，以及其他幾個軍方的、大學的和產業界的組織正在合作進行多項基于紡織物的項目，以便達到上述目的。

潛在的解決方案包括海軍研究生院研制的多頻天線背心，它使傳統的無線天線可以綁定在士兵的背上。這種天線的頻率范圍為３０～５００ＭＨｚ。當使用無可視特征的超寬帶天線時，其工作頻率為３００～２０００ ＭＨｚ。

２、平面連接器

陸地勇士計算機目前配備的圓形連接器體積大、成本高，又因為使用針式插頭，所以特別容易損壞。Ｅｘｐｏｎｅｎｔ公司（ＯＦＷ項目第一階段的兩個牽頭技術集成商之一）和Ｔｈｏｒ電子公司正在研制平板的無針連接器，用以替代老式插頭，它能顯著減少陸地勇士項目中的連接器成本。

這種方形連接器的原型幾乎是平面的（便攜設備的輕巧性要求電子部件均具有低截面特性，也即部件平面化），它的插頭和插座可以方便地閉合，也可以快速斷開。它既可以使用基于織物的總線，也可以使用傳統的線纜。

此外，位于費城的美國競爭力協會（由產業界與學術界共同組成）也將研究平面的連接器和線纜。可以預見，商用成品（ＣＯＴＳ）將成為降低生產成本的利器。

３、混和光纖

士兵系統的官員聲稱，消除外部繁雜的線纜，并使傳感器和電子部件更加分散的關鍵是將線纜直接織入紡織品中。Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ實驗公司和費城紡織學院正在為將光纖和銅纜緊密地織入紡織品而努力。利用這些技術，在大規模生產階段，導線和光纖／電子系統將直接編入士兵的戰服。

不過，將普通線纜和光纖織入紡織品中，還存在一些問題，因為紡織品的構造是物理而機械的，與光纖或線纜不同。此外，光纖過彎則易斷，金屬線纜過彎則易疲。

在費城紡織學院，研究人員正在研究光纖的機械性能，根據這些性能，改進紡織品，但其能與光纖和傳導線編織在一起。紡織專家相信，經過改良，相當多的光纖可以恣意彎曲。

將電子部件集成到戰服中還有一個難題是“無針縫合”技術。

４、光纖鍵盤

為了使士兵無需忍受沉重而龐大的裝備，如陸地勇士的士兵控制單元，英國的ＷＲＯＮＺ開發了一種“軟開關”織品鍵盤。這種鍵盤靈敏度高，可以在戰服（ＢＤＵ）的袖子上操作，還可以無縫地集成到外衣中。這種鍵盤與傳統的個人電腦鍵盤一樣，靠感知鍵上的壓力來工作，它可以運用到戰場中。陸地勇士項目所用的士兵控制單元是一個位于胸口的盒子。如果將它的功能分解，然后集成到服裝中去能明顯減輕重量。

為了簡化操作，戰服袖子上的鍵盤區域將針對特定軍用功能而設計一些接口。同時，還將設計基于紡織品的數據總線，以及在鍵盤和控制部件之間傳送信號所需的連接。

后記

未來的士兵對計算機的依賴程度會越來越高，穿戴式計算機無疑是最符合輕便要求的。雖然目前的穿戴設備不論是在性能上，還是在功能配件上仍大有改進之處，但這并不妨礙它們在戰場上的大規模應用。

以目前的工藝水平，制造迷你型的計算機并不是件難事。難的是如何將計算機與整個單兵裝備系統集成，讓士兵感覺不到它的存在，但卻可以隨時利用它來增強態勢意識、作戰能力和生存能力。