2020年国外化生放核防护领域十大科技进展

十大进展

2020年，各国大力推进化学、生物、放射性、核防护领域的科技研究，取得大量成果。本文甄选出美国、英国和欧盟在该领域的十大科技进展，进行梳理概述。

一、英国科学家将人工智能用于化学合成，研制出可自主开展化学实验甚至"文献进、产物出"的机器人化学家

2020年7月，《Nature》封面文章报道利物浦大学研发了一款人工智能机器人化学家。这款机器人化学家能像人一样独立思考，可熟练使用各种仪器，完成称重、移液、活性分析等一系列操作。在8天的测试中，机器人化学家执行了多达688次实验，并从10个变量维度设计出一种活性比初始配方高六倍的光催化剂，这些工作科研人员通常需要花费几个月的时间才能完成。

2020年10月，《Science》报道了人工智能在化学领域应用的又一里程碑式成果——英国格拉斯哥大学研发了一款可自主阅读文献并实施化学合成任务的数字化和自动化合成通用系统。该系统能够扫描、识别文献中的化学合成内容，并将其转换成可编译的代码（XDL），通过执行代码驱动化学机器人合成化合物。现已成功实施了止痛药利多卡因等12个化合物的文献阅读和自动化合成测试。

上述技术一旦被滥用或误用于有毒物质合成，将导致潜在安全风险。

二、美军持续推进“西格玛”“西格玛+”项目，打造化生放核爆综合态势感知能力

目前，“西格玛”项目（SIGMA，2013年启动）已演示验证其具有城市规模的放射性及核材料探测能力，并已部署到纽约州和新泽西州港务局。2020年8月，美国防高级研究计划局（DARPA）的“西格玛+”（SIGMA+，2018年启动）项目在印第安纳波利斯进行了为期一周的先进化学与生物传感系统部署试验。 

“西格玛+”是对“西格玛”的拓展，通过开发新的传感器和网络，为城市及更大区域提供高灵敏度的化学、生物及爆炸物威胁探测能力。随着研究的深入开展，未来有望为化生放核防御部队组建超大规模的自动化、分布式传感器网络，可广泛应用于美国本土防御、海外反恐行动，改进后甚至能侦察别国的核生化武器。

三、麻省理工学院研制出可降低误检率的“快速生物气溶胶探测仪” 

2020年9月，受美国防威胁降低局（DTRA）和美国防部化生放核防御联合计划执行办公室（JPEO–CBRND）资助，麻省理工学院林肯实验室研发了一款“快速生物气溶胶探测仪”，可快速筛查生物气溶胶微粒，提供早期预警并辅助后续的鉴定作业。该探测仪采用正交技术，目标微粒要经过7次测定，以确保结果准确；作为联合生物点源检测系统（JBPDS）的升级套件，辅助其更可靠地发现和鉴定生物威胁，从而大幅降低误检率。

四、美军发展无人侦察技术实施远程探测

2020年10月，美国化生放核防御联合计划执行办公室追加经费2600万美元，用于“斯特瑞克核生化侦察车传感器套件升级”项目，这是继2019年4月与其签订4810万美元合同后的又一次拨款。新合同包括传感器升级和增加遥控作业能力。成套传感器含菲利尔系统公司的R80D SkyRaider无人机，集成了该公司的专业版IBAC生物传感器。“深紫”无人机也属于“斯特瑞克核化生侦察车传感器升级”项目，由美陆军作战能力发展司令部化生中心研制，9月进行了部队试验，成功实现远距离自主飞行。

美陆军作战能力发展司令部化生中心正在研发“生物采样与检测远程侦察装置”（BioACER），可实施远程、无人、快速生物毒剂检测，并根据需要用无人机以伞降、螺旋、马达或磁轮等多种样式进行远程投放。该装置可在20分钟内完成采样分析，并传回结果。

五、美国防部研制可穿戴装置检测预警新冠感染者

 美国防部研制可检测新冠肺炎的穿戴式装置，能测量165种生物标志物，经云端处理后在患者出现症状前48小时发出预警。该装置是美国防部“威胁暴露快速分析”（RATE，始于2018年）项目的一部分。RATE利用人工智能（AI）和机器学习在约29万健康对照者和已知感染者中进行了训练，发现差异在于体温、脉搏血氧饱和度、心脏功能等。先期已测试过其他冠状病毒、SARS和肺炎。新冠疫情爆发后，又获得了约700万美元用于开发RATE-COVID演算法。6月中旬相关技术和装置已被部署到美国海军和国防部长办公室。9月组织了近6000人的测试。

六、DARPA资助开发化生放核爆假设多元数据报警技术，用于探测大规模杀伤性武器威胁

 2020年2月，DARPA资助多家公司合作开发用于探测大规模杀伤性武器威胁的分析工具。作为SIGMA+项目的一部分，将集成数据融合、模式匹配、机器学习等手段，创建一种名为化生放核爆（CBRNE）威胁假设多源数据报警（MATCH）的新技术，用以检测识别CBRNE威胁迹象。MATCH使用多源数据自动填充世界地图，表征和追踪威胁性CBRNE活动。

七、美国研制可降解化学毒剂的织物

2020年1月，美国西北大学公布了一项研究，发现基于锆-有机骨架的复合材料（MOF-808）吸附到织物后，利用空气中的水分可以有效催化降解神经性毒剂模拟剂，其反应速度比基于活性炭与金属氧化物的现有技术更快。研究人员还测试了织物的耐用性，未来有望用于制造防护服或口罩。

 4月，据一篇题为“用于化学战防护的自主响应膜”的论文介绍，美国防部正在研发一种透气和防护兼具的面料，由定向排列的碳纳米管为基膜，表面聚合物可与化学威胁发生反应。该项目得到国防威胁降低局“可用作额外皮肤的动态多功能材料”项目的资助。

八、欧盟研发基于拉曼或表面增强拉曼光谱的检测技术

2020年8月，欧盟资助发展基于拉曼或表面增强拉曼光谱的检测技术，旨在发现和鉴定气态或液态的化学战剂和有毒工业品。采用的拉曼技术主要来自参研单位之一的Serstech公司。目前，该公司主要有两个产品：Serstech Arx 和Serstech Arx+，技术优势是速度快、使用简单、谱库丰富、重量轻。

九、美军研制化学嗅探器探测危险化学气体

2020年1月，美陆军作战能力发展司令部士兵中心（CCDC-SC）追加180万美元资助研发一种拇指指甲大小的化学嗅探器，可穿戴在外衣上探测危险化学气体。该嗅探器传感器综合利用数据科学、机器学习和数学算法等理论或技术，模仿人类鼻子，包含 400 多种嗅探受体，可探测约 1万亿种不同气味。在前三年研究的基础上，未来三年的重点是使传感器速度更快、误报率更低。

十、美军利用纳米颗粒提升工业酶催化效率

 美海军研究实验室联合地方实验室于2020年开展了以纳米颗粒为介质提升工业酶催化效率的国防研究项目。实验证明，磷酸三酯酶与不同大小的金纳米颗粒结合后能增强酶活性，将磷酸三酯酶中和有机磷农药和化学战剂的能力提高了4倍。研究人员还利用纳米颗粒与乳酸合成酶结合，并采用动力学模型确定每种酶与纳米颗粒的理想比例，以实现最佳的乳酸生产效率，成功将乳酸产量提高了50倍。相关技术可用于制造高价值、结构复杂的药品和化学品。