顛覆性技術是催生新產業、新模式、新動能，發展新質生產力的重要突破口。本文對美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）的組織架構、運行機制、創新模式和最新研究動態進行深入闡釋和分析。DARPA通過資助競合的多學科交叉團隊，催生出新的技術團隊和學術領域，為新技術轉移到軍方和民用公司儲備了重要力量。此外，DARPA能夠有效利用美國國家科學基金會（NSF）資助產生的新知識和相關科研人員幫助其實現特定的技術目標，采用“項目關聯”的研發模式，提升了資源利用效率的同時縮短了研發周期。研究借鑒其靈活的項目管理模式和跨學科合作機制，更好地組織和管理科技創新項目，提高研發效率和成果轉化能力，推動科技事業邁向更高水平。

當今全球科技競爭日益激烈，科技創新已成為國家綜合實力的重要體現。中國作為世界上最大的發展中國家，面臨維護國家安全、促進科技進步和推動經濟社會發展的多重需求。在此背景下，深入研究和借鑒國際先進經驗，對提升中國科技創新能力和戰略決策水平具有重要意義。美國國防部高級研究計劃局（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）的項目運作管理方式，如項目立項、項目實施、項目評價和項目成果轉化等全過程值得中國借鑒，DARPA的整個創新生態系統打造、項目指南凝練方式與國內模式截然不同，早在項目指南凝練之初，成果需求方和項目實施方就已緊密聯系。DARPA經驗借鑒細化到微觀層面，才有更具體的參考性。因此，本文通過總結DARPA項目的方向，為國內的未來研究方向提供參考。

DARPA作為美國國防部的重要組成部分，自1958年創建以來，始終堅持一項獨特而持久的使命：為國家安全的突破性技術進行關鍵投資。DARPA已成為“創新偶像”，被廣泛認為在許多新突破性（“顛覆性”）推動前沿技術的創造發展和演示中發揮了重要作用。作為世界上最具影響力的科技研發機構之一，DARPA以其敏銳的洞察力和卓越的科技創新管理模式，不斷引領和塑造全球科技發展格局，如隱形和精確制導彈藥、互聯網、全球定位系統接收器、語音識別軟件、半導體制造工藝和無人駕駛飛行器等領域。近年來，DARPA又圍繞生命健康、高端裝備、人工智能、量子計算與通信等前沿戰略領域布局了一系列項目。中國正在加快建設科技強國，在新科技革命與產業變革的背景下，需要加快推進顛覆性技術創新，促進涌現更多的引領性原創成果，借鑒DARPA的實踐經驗，可以有效推動有組織科研的展開，不斷增強中國科技創新策源能力。

01 DARPA實施有組織科研與創新的實踐

1.1 扁平化、非層級式的組織架構

DARPA下設4類辦公室：局長辦公室、技術辦公室、特別項目辦公室和支撐辦公室，管理層只有2級：局長、副局長與辦公室主任、副主任。這些管理人員本身技術熟練，能夠快速而有效地做出明智的決定，包括聘請哪位專家做項目經理，何時批準或不批準擬議的研發項目，以及如何確保項目經理以有效的技術方式實施項目等。

DARPA有約100名項目經理和約100名左右從事合同管理、法律服務、人力資源管理和安全保護等支撐服務的政府雇員，以及軍方聯絡員。此外，還包括服務政府雇員的外聘員工，其中有一部分是經驗豐富的博士科學家和工程師，主要為項目經理提供寶貴的技術支撐，其他則是后勤輔助人員（見圖1）。

圖1 DARPA組織架構及創新網絡

DARPA在其顛覆性產業創新生態內部構建了龐大的研討網絡，以保持與各網絡成員的緊密交互聯動，促進了顛覆性創新項目的識別、發現、研發與轉化。

1.2 充分賦權的行政管理

DARPA擁有靈活的聘用及合同權。DARPA的管理人員、行政人員在專門的法律規定下，開展人員聘用和合同管理。例如，DARPA得到法律授權，可以快速地聘用項目經理。如果項目經理來自大學或其他政府機構，DARPA可適用“政府間雇員協議”（IPA）。在此協議下，項目經理與DARPA簽訂合同后成為臨時政府雇員，但仍然保留原大學或實驗室的聘用關系。如果項目經理來自企業，則可根據《1999財年國防授權法案》第1101節，允許DARPA快速聘用專家，但項目經理在DARPA工作期間必須從企業離職。

除了靈活的聘用權之外，法律許可DARPA可以多種靈活的形式簽訂合同，其中包括“其他交易權”（OTA）。這項權力使DARPA不受限于高度限制性的政府采購要求。DARPA還擁有“獎勵權”。例如，在機器人領域，DARPA可以在法律授權下組織競賽并提供獎勵，以吸引通常不與政府合作的研究團隊。

1.3 面向挑戰、專注于高風險/高回報的研發組織

首先，DARPA專注于遠大的技術目標，而不是技術漸進。其使命是創造有價值的新技術。DARPA資助基礎科學研究，將其作為發展新技術的手段。其次，DARPA專注于具有變革性潛力的項目。它并不關注技術的即時或漸進式改進，而是專注于嘗試實現技術能力的重大變化或轉變。最后，DARPA尋求創造“突破性”“變革性”或“顛覆性技術”，特別是尋求“改變態勢”的技術（顯著改變現有能力的技術）。DARPA更關注技術能夠帶來的產出和成果，而不是技術本身的特點。

麻省理工學院華盛頓辦公室前任主任威廉姆·邦維利曾指出，DARPA研發模式有兩個重要方面：一是以應對挑戰為出發點；二是連接科學研究和技術挑戰的“關聯模型”。以應對挑戰為出發點是指DARPA的項目經理識別既有價值又可實現的特定技術的能力。DARPA還采用“關聯模型”的研發方式，即將基礎科學和工程與特定的技術目標及挑戰相聯系。這使得DARPA與美國其他一些研發機構完全不同。例如，美國國家科學基金會（NSF）資助大學開展的基于科學興趣的基礎研究，這些研究通常與任何特定的技術目標無關。而DARPA利用這些新知識以及受過良好教育、經驗豐富的研究人員，實現特定技術目標。

1.3.1 專注于高風險/高回報項目

高風險/高回報項目預算體量往往達數千萬美元，DARPA承擔風險的方式是制定相應的管理程序。1975—1977年，時任DARPA局長喬治·海爾邁耶（George Heilmeier）曾列出一系列問題，體現了對“遠大目標”和“慎重考慮”的雙重重視。這些問題被稱為“海爾邁耶要理之問”，是項目經理在設計新項目時必須重視的問題，也是辦公室主任、局領導在審議項目建議時，對項目經理必提的問題。

不僅如此，DARPA還建立了在高風險環境下提升成功率的工作機制。DARPA“組合式投資”的項目布局方法十分重要。實際上，資助多個方向的項目，并在一個項目里資助多個課題、多種技術路線的情況下，雖然有的項目會失敗，但同時也會有其他項目取得重大突破。此外，DARPA授權項目經理跟蹤評估研究進展，與項目實施者共同分析問題、尋找新的方向，從而做出方案調整。

1.3.2 多代技術持續投入

當一項新技術可以為美國國防部和整個國家帶來重大影響時，DARPA會在這一技術領域持續投入很多年。DARPA會在項目取得成功的技術領域繼續布局新一輪3～5年的項目，通過長期圍繞某一重要的技術開展工作，DARPA可以創造頂尖的新技術（技術“主題”）。每一代的研發項目都有不同的技術目標和評價標準，但都處于共同的技術領域，會在前一代成果和經驗的基礎上進行下一步研發。這意味著新的項目經理將基于前期基礎，專注更遠大的目標，或者采用全新的技術路線，或者將已有成果融入一項新的技術理念中并創建工作原型。

1.3.3 資助互補的戰略技術

DARPA會資助一些其他領域的項目，這些領域與重大新技術相關，并且對重大新技術的整體成功至關重要。

1.3.4 催生新的技術團隊

DARPA通過資助既競爭又相互合作的多學科交叉團隊，經常會催生新的技術團隊和學術領域。DARPA資助的技術團隊是將新技術轉移到軍方和民用公司的主要力量。

1.4 以項目經理為核心的項目管理

DARPA模式的核心特征之一是聘用技術成就突出的項目經理，并讓他們提出項目建議，管理項目實施。對一項新提議的項目，項目經理有權力、有責任確定各項細節，包括項目研究內容、立項依據、科學和工程上的研究基礎、評價項目進展的具體標準以及項目預算和里程碑時間表等。項目經理主要集中在6個技術辦公室和2個特別項目辦公室。DARPA認為一位項目經理無法一直保持良好的創新狀態，因此，項目經理是臨時、短期聘用的，通常為3～5年，每年的人員變化率為25%左右。

1.4.1 新項目技術方向征集

項目經理通過5種方式確定項目研究主題。一是了解軍方需求，召集精英科學家集思廣益，與科研人員交談了解新興技術方向。DARPA中設有軍事聯絡員，負責將項目經理與軍方需求聯系起來。此外，DARPA的項目經理每年會訪問全國各地軍事設施。二是以成熟供應商、大學和初創企業為主體確定共同的研究主題。三是建立技術社區，促進競爭對手之間的知識互通互動。四是為新技術方向提供第三方概念驗證。五是進行多渠道技術轉移。

如圖2所示，DARPA主要有以下兩種信息收集的方式。一是項目經理會與各領域的科學家和工程師進行廣泛交流，了解技術挑戰和機遇。例如，項目經理會與大學科學家、企業研究人員和政府實驗室的專家交談，了解技術趨勢和未來可能的發展。二是項目經理和DARPA領導會與軍官、頂尖專家進行廣泛交流，以了解美國國防部的長期需求以及對其有幫助的技術解決方案。對話形式包括：與DARPA指派的軍官進行非正式對話、DARPA領導與國防部高級文職官員之間進行頻繁對話、DARPA領導與高級軍官之間每三個月左右舉行會議定期討論某一主題，并與國防科學委員會（DSB）和其他高級顧問小組進行互動，以及在某些情況下由外部分析師和國防分析研究所（IDA）等智庫進行正式研究。

圖2 DARPA項目開發的影響因素

1.4.2 需求建議書撰寫和審查

項目經理在進入DARPA時通常有非常具體的技術方案，之后會花費1年或者更長時間研究該技術及其所屬領域（或多個領域）的發展現狀，通過閱讀、拜訪、與對該技術或開發可能有貢獻的關鍵人員交談，以及組織座談、會議、小組討論和其他會議等方式，研討該技術并辯論其開發的各種方法。經過最初的探索后，項目經理制定技術開發計劃，并為該計劃的各個組成部分編寫和發布需求建議書（RFP）征集提案，這些在DARPA被稱為廣泛機構公告（BAA）。提案將發送給項目經理選擇的專家進行審查，這些專家來自政府內部（特別是軍方）和外部，但最終決定權屬于項目經理。

項目經理撰寫的BAA內容應包含計劃的指定、指標、企業和高校如何向該計劃提出建議、建議書的內容、建議書評估、里程碑節點及項目管理規則等。BAA通常在發布后的45～60 d內提交。項目經理召開研討會審查計劃愿景和指標，并組建團隊。項目經理和政府專家團隊需要兩個月時間評估提案，并選定資助的提案，另外需要三個月時間與企業或大學簽訂項目合同。

1.4.3 分階段的項目實施管理

DARPA采取個人責任制、多團隊競爭性資助、分階段資助驗收和項目過程開放的項目管理方式。在項目啟動時，將項目最終成果分解為階段性任務，設置階段性目標，在到達關鍵時間節點時對任務完成情況進行評審，并根據評審結果撥付經費。如果評審通過，階段任務合格，劃撥下一階段經費；評審未通過，項目直接取消或進行修正。在資助額度方面，DARPA堅持“廣撒網、深扶持”，前期資助金額不會過高，后期會對前期研發順利、技術成果明顯和發展前景良好的項目增加資助額度。

1.4.4 廣泛使用外部分包商

外部分包商通常為咨詢公司，這些咨詢公司與DARPA機構有長期的合作關系，有些人員還曾擔任DARPA的項目經理或者項目合同方（實施人員）。咨詢公司指派特定人員與DARPA合作，承擔的任務和角色有文秘、行政支持和高級專業技術職能等。項目合同方的主要任務是科學和工程研究，但也包括關鍵的行政、培訓和監督任務。例如，項目合同方要發揮指導和培訓新項目經理的作用，并為新項目經理在DARPA工作期間提供項目開發和實施方面的建議。由于項目經理在DARPA的任期較短，由項目合同方提供項目組織的連續性。

與聘用顧問類似，DARPA聘請外部人員審計和監督其與項目合同方簽訂的合同，聘請的外部人員通常是獲得認證的經驗豐富的政府雇員。此外，DARPA也會尋求軍隊中最有資質的審計員完成該項工作，這些審計員能夠創造性地利用政府合同規定滿足項目經理招募研究人員的需求，審計員對項目的技術層面較為了解，并且能夠試圖幫助項目合同方解釋無法滿足合同要求的原因，這也為項目經理在DARPA機構內申請立項提供依據支撐。

1.4.5 互動的合同管理過程

DARPA的項目是持續管理的，而非后續評估。當項目不可避免地出現意外和變化時，可以更改合作項目，若更改后仍然失敗，那么就會終止此項目。從項目開始到完成或者淘汰的過程中，通過各種方式圍繞項目進行持續的審查和討論，在局長、辦公室主任和項目經理之間尋求新項目提案，以及外部審計人員和項目經理共同審查合同，在這個過程中不斷質疑項目的雙方（如進行這項研究的原因，由DARPA而不是企業或其他政府機構提供資金的理由，如何評估是否成功，如何設定適當的指標等），因此項目審查過程非常重要。

1.4.6 合同談判和實施監督

合同通常包括具體的績效要求，合作方需要按期提交進度報告（通常每3個月提交一次），項目經理通過報告和現場調研把控項目進度，同時，項目經理基于研究經驗對合同進行適當修改或者取消。除項目實施過程審查之外，還會定期舉辦研討會和會議，項目實施人員必須參加會議，并且需要報告項目進展并聽取和點評其他人的報告。監督DARPA的高級政府團體包括美國國防部高級官員、國防部監察長辦公室、總統管理和預算辦公室、美國國會和國會審計機構。

1.5 多元化的創新模式

1.5.1 競爭式創新——挑戰賽模式

DARPA挑戰賽通過公開競爭動員全民參與，吸引來自各個專業領域的多種類型機構（高校是主要參與力量）參賽，擴大了競賽規模，降低了研發風險。在挑戰賽中，參賽方可以直觀展示其創新技術和解決方案，加速不同領域的技術相互融合，實現競爭式創新并不斷完善。2009年奧巴馬政府通過了《美國創新戰略》，呼吁全社會通過獎勵和挑戰賽的形式激發創新活力，2010年，奧巴馬政府發布了《美國競爭法案（2010版）》，首次從法律層面全面規范了政府機構舉辦技術挑戰賽的形式與要求。

1.5.2 系統式創新——眾包模式

DARPA較早地開展了眾包模式，并對其進行系統運用，取得了顯著成效。眾包模式可以最大限度地調動全社會創新積極性，并將大量的工作任務分包出去，縮短創新時間，提高創新效率。

1.5.3 協同式創新——平臺模式

當有解決方案時，眾包模式可以發揮很好的創新作用，但如果沒有解決方案，眾包模式的作用無法發揮。2019年，DARPA在其官網推出了多學科、多領域協同創新的Polyplexus平臺。DARPA通過創建一個新型社交媒體平臺，將社交網絡的力量應用于高新技術研究和開發，從而縮短了從科學思想到科研實踐之間的時間。

1.5.4 集成式創新——“創新會館”模式

DARPA針對某些具有短期創新要求的技術研發任務，推行了一種全新的模式——“創新會館”。DARPA將不同領域的研究人員集合起來協同工作，在短期內針對面臨的技術難題提出創新性的解決方案。

1.5.5 迭代式創新——項目融合模式

為遵循技術創新的規律，有效應對技術創新的不確定性，DARPA會圍繞一個共同的高新技術主題，采用“滾雪球”的迭代創新方式，在利用相關項目完成小顆粒度技術創新后，將多項小顆粒度技術匯聚、融合，形成更大的項目，繼續進行大顆粒度技術創新，從而使該技術主題相關研發能夠持續推進、深化拓展，最終獲得世界領先的技術優勢。

1.5.6 大眾式創新——創意征集模式

大眾向DARPA提交高新技術發展想法和概念的首選方法是響應公開征集，而不是主動提交建議。DARPA使用的征集類型包括BAA以及小企業創新研究公告（SBIR）、小企業技術轉讓研究公告（STTR）、研究公告（RA）、征求建議書（RFP）或其他贊助邀請。

小企業創新研究公告和小企業技術轉讓研究公告是DARPA的小企業計劃辦公室（SBPO）發布的小企業創新信息研究公告，以提高小型企業參與高新技術研發的創新能力，并拓展成果轉化市場。研究公告模式是當DARPA計劃對研究項目授予經費或簽署合作協議時，用研究公告公示研究信息，并廣泛征求意見。征求建議書模式是DARPA基于聯邦采購法規（FAR）的一種招標方法，使用頻率低于BAA和研究公告模式，僅在超出簡化采購門檻或存在共同合作申明的情況下，根據政府對供應和服務的要求征求建議。

02 DARPA最新布局彰顯新科技革命發展方向

2.1 2024財年經費預算總體情況

DARPA把技術開發歸為三大類，即基礎研究（第1～2級）、應用研究（第3～4級）和先進技術開發（第5～7級），其中大部分資金用于資助第3～7級技術的研發，即從技術方案的初步驗證階段到初級產品的應用場景驗證階段。DARPA填補了“死亡之谷”和“資助裂縫”，資助了從第1級到第7級技術的研發。從經費配比來看，應用研究和先進技術開發兩類預算活動的經費之和約占總經費的90%。由此可見，DARPA國防科研的最主要任務是開展與實際應用結合更為緊密的應用研究和先進技術發展研究。

2024財年，DARPA預算在三大類預算活動下（管理保障不計）共設14個計劃單元，32個項目細分技術方向。其中，基礎研究類活動預算為3.62億美元，主要包括國防研究科學和基礎作戰醫學兩個計劃單元；應用研究類活動預算為16.26億美元；先進技術開發類活動預算為22.86億美元，主要包括先進航空航天系統、太空項目與技術、先進電子技術、指揮控制和通信系統、網絡中心戰技術和傳感器技術共6個計劃單元，涵蓋先進航空航天系統、太空項目與技術和混合技術集成等13個領域。

對于技術開發階段和領域，電子技術、超越規模技術與人工智能技術是貫穿基礎研究、應用研究和先進技術開發3個階段的投入重點。應用研究的方向規劃清晰，分為生物醫學技術、信息與通信技術、生物戰防御、戰術技術、材料和生物技術、電子信息技術6個方向，其中電子信息技術、材料和生物技術等占據了絕大部分經費，是當前DARPA的戰略重點與科技核心，也是目前中國科技發展的主要方向。

先進技術開發階段，網絡中心技術經費占比最大，說明美國國防部重視聯合全域指揮控制、“馬賽克戰”等協同作戰概念的技術開發與驗證，聚焦武器系統作戰協同能力提升，致力于突破協同關鍵技術、研制協同節點裝備并演練協同作戰技術。此外，傳感器技術和太空項目技術經費逐年遞增，體現了美國亟須在這兩個領域取得突破，使商用技術快速滿足軍用需求，其背后的戰略意義十分明確——使美國在科技領域能有源源不斷的產出，在世界上保持領先地位。

2.2 DARPA項目布局的主要特點

近年來，DARPA在新一代信息技術、生命健康、空天海洋和能源材料等領域加大投入，體現出搶占未來產業制高點的戰略意圖。

2.2.1 未來制造：精巧設計、革命性改進

在尖端半導體制造方面，DARPA發布了“下一代微電子制造”（NGMM）計劃，旨在創建一個尖端制造技術原型制作中心，重點關注三維異構集成（3DHI）微電子材料和設備，提升美國的微電子開發和生產能力。DARPA認為，微電子創新的下一波浪潮將主要來自先進封裝異質集成材料、設備和電路方面。DARPA已選擇11個組織開展下一代微電子制造計劃。起始階段的工作重點是基礎研究，為下一步創建國內三維異構集成微系統中心提供信息。選定的團隊包括應用材料公司、亞利桑那州立大學、休斯研究實驗室、英特爾聯邦和北卡羅來納州立大學等。這是一項高風險的任務，如果取得成效，將鞏固美國在未來尖端微電子領域的領導地位。

在生物制造方面，DARPA發布了“聚寶盆”（Cornucopia）計劃，旨在使用3種成分（空氣、水和電）制造各種健康的新型微生物食品，用于軍事作戰部隊和救災情況。約翰·霍普金斯大學、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校和哈佛醫學院將進行該項目的微生物生物質的生產。微生物生物質由蛋白質、碳水化合物、脂肪和膳食纖維4種人類膳食常量營養素組成，以期產出多種食品形式，如奶昔、棒狀、凝膠和肉干，滿足生產系統中的軍事營養標準和適口性要求，最大限度地減少投入、處理過程和占地面積。這些研究團隊的技術成果體現了廣泛的多樣性，包括13種不同的碳和氮固定方法、12種不同的微生物和藻類物種、39種微生物來源的風味和18種食品加工方法。

在光學制造方面，DARPA的“天頂”（Zenith）計劃將研究液體鏡（LM）作為玻璃或鈹光學器件的替代品。天文學和空間領域感知（SDA）能力的發展受到望遠鏡光學器件尺寸的限制，這與精磨和拋光玻璃主鏡的成本有關，即光學器件的“成本-尺寸縮放定律”：隨著主鏡變大，成本呈指數增長，限制了超大口徑望遠鏡（VLT）尺寸的大規模制造、推廣和商業化。太空鏡還容易受到超高速碎片撞擊造成的災難性破壞，這種破壞程度會急劇增加，并受限于有效載荷整流罩尺寸、分段鏡的設計等。液體鏡可能會突破天文學和空間領域感知應用的限制。該計劃將通過開發建模、電磁力控制以及其他方法解決大型毫米波望遠鏡的天頂限制，打破需要旋轉和重力創建光聚焦光學表面的規則。

2.2.2 未來健康：精準調控、經濟性開發

在健康睡眠方面，DARPA設立了“警覺戰士”啟動（AWARE）計劃項目，旨在解決一些環境條件導致戰士睡眠不足，從而削弱其戰斗力的問題，通過修改目前批準的處方藥，在使其不會成癮且不會對睡眠、情緒產生負面影響的情況下，實現快速助眠的效果。項目目標是設計一種新型光控興奮劑，這種興奮劑的作用方式在活性狀態下與常規未經修飾的藥物相同。這種光控興奮劑可以非侵入式地將近紅外光（NIR）傳送到大腦的特定區域，選擇性地激活藥物，從而激活大腦中負責執行功能、工作記憶和決策的區域，同時避免脫靶效應。選擇性地將藥物從活性狀態切換到非活性狀態，可以促進戰士按需從警覺狀態轉變為恢復性睡眠狀態。這需要遴選出一種可進行光開關的右旋安非他明分子，這些分子在黑暗條件下具有生物惰性，但在850nm近紅外光下能夠可逆激活。為此，需要開發一種可發射850nm近紅外光的可穿戴設備。使用模擬人體頭皮、頭骨和腦組織的模型，驗證可穿戴設備將毫米級分辨率近紅外光無創地傳送到人體前額葉皮層的能力等。

在基因與細胞調控方面，DARPA發布了廣譜編輯拮抗劑計劃（B-SAFE），旨在開發針對多種類別和物種編輯器的高效抑制劑平臺技術，以增強基因與細胞的活性、實用性和覆蓋范圍。先進基因組編輯工具領域的快速發展使人們能夠以精確、快速、經濟高效且廣泛可用的方式修改遺傳物質。成簇規律間隔短回文重復序列及其相關蛋白技術（CRISPR/Cas）是基因組工程工具包中使用廣泛的工具，然而，人們對CRISPR/Cas系統的精確度、特異性和控制度仍然存在擔憂。提高安全性、有效性和實用性的途徑之一是發現或設計新型抑制劑，這些抑制劑有可能通過限制非預期的脫靶效應，實現對時間和空間活動的控制，阻礙和調整CRISPR介導的和其他基因組編輯工具的調節。該計劃利用深度學習等先進技術的計算能力開發平臺，以快速發現和開發新型、新興基因編輯器技術的抑制劑。

2.2.3 未來信息：量化自主、顛覆性突破

在人工智能方面，DARPA啟動了“人工智能量化”（Artificial Intelligence Quantified,AIQ）項目并在“在復雜環境中具有彈性的機器人自主性”（RACER）計劃上取得新突破。

人工智能量化項目旨在通過開發新技術評估生成式人工智能的質量，并確保人工智能能夠給出正確的答案。人工智能在文本生成、游戲等領域的表現已經接近人類的水平，這為與軍事和社會中的人類伙伴廣泛融合提供了前景。在高風險決策中，依賴可靠、具體的信息至關重要。將基礎數學與測量和建模領域相結合，可以發現以量化方式保證人工智能系統性能和安全性的關鍵途徑。

自動駕駛RACER項目在得克薩斯州的軍事訓練區域完成測試。RACER項目開發的具有彈性的自主機器人在15 mi2(1 mi2=2.59 km2）的區域內展示了先進的自主運動能力，這一區域包括高度多樣化的地面植被覆蓋、樹木、灌木叢、巖石、斜坡、受阻的溝渠和小溪交叉口等裝甲機動所需要面對的各種典型復雜地形。夜間運行測試結果顯示其與白天具有同等性能。這些測試為其未來在軍事和民用領域的應用奠定了堅實的基礎。

在量子科技方面，自21世紀初以來，DARPA各種量子項目的重點是在量子傳感和量子信息科學研究界之間建立橋梁，增進對以極高的精度控制和操縱量子態的理解。近年來，DARPA選擇美國的領先機構部署了一系列具有顛覆性潛力的任務。

“未充分探索的公用事業規模量子計算系統”（Underexplored Systems for Utility-Scale Quantum Computing,US2QC）項目與微軟等3家公司開展合作。US2QC項目試圖確定一種未充分探索的量子計算方法是否能夠實現實用化。在US2QC項目第一階段結束后，DARPA選擇微軟公司和硅光芯片公司（PsiQuantum）進入US2QC項目的下一階段，該項工作預計將持續到2025年3月。

“中等規模量子器件噪聲優化”（Optimization with Noisy Intermediate-Scale Quantum,ONISQ）項目，與哈佛大學、麻省理工學院、加州理工學院、普林斯頓大學和美國中性原子量子計算公司（Qu Era Computing）等開展合作。ONISQ項目始于2020年，旨在通過超越純經典超級計算機的性能解決一類極具挑戰性的問題（組合優化問題），從而證明量子信息處理的優勢。哈佛大學已在其實驗室中構建了擁有約48個里德堡邏輯量子比特（qubits）的量子電路，截至2024年初是擁有邏輯量子比特數量最多的實驗室。由于里德堡邏輯量子比特的同質性和糾錯能力較高，預計快速增加邏輯量子比特的數量相對簡單。ONISQ項目首次創建了具有邏輯量子比特的量子電路，有助于加速容錯量子計算的發展，并徹底改變量子計算機處理器的設計理念。

“新合成量子納米結構”（SynQuaNon）項目，旨在開發合成超材料，以實現更強大的量子計算能力。目前的量子計算、傳感、通信和信號處理方法都依賴于超導電子設備，因為這些設備能夠以量子級別的精度操縱或處理信息。但這些設備需要冷卻到絕對零度（-273℃），以及建設大型制冷裝置。該計劃將探索新型人造材料，如超材料、納米圖案結構和量子異質結構，這些材料可耐受更高的環境溫度，從而顯著降低尺寸、重量和功率（SWaP）要求。新型合成納米材料可應用于單光子探測，支撐單光子探測器在更高的溫度或更快的響應速率下運行，從而能夠以更快的速度探測單光子（光的量子極限）。此外，單光子探測器在暗物質探測的實驗中發揮較大的作用。除此之外的應用領域是通用射頻放大器件，可以使射頻放大器變得更小、更便宜，并且可以在更高的溫度下運行，噪聲更低。

2.2.4 未來能源

DARPA部署了BLUE(Battery-free Electrical Upgrade for Ocean Exploration）項目，旨在開發持續供電技術，以擴展遠程海上部署傳感器系統的功能。此類系統對維護國家安全、了解海洋環境動態和監測海洋氣候變化具有巨大潛力。BLUE項目通過捕獲微觀形式的海洋生物質，如溶解有機物、浮游植物、細菌和微觀浮游動物，將其轉化為電能。該計劃目標是開發自給式電源，在完全浸沒的情況下維持至少0.1kW的平均連續功率一年以上，無須維修，體積不超過180L，重量不超過200kg并且可以使用海洋生物質自行補充燃料，使遠程、海洋部署的傳感器系統（包括海底安裝的傳感器和剖面系統）運行時間比同等大小的電池組運行時間更長。該項目涉及來自多個互補學科（如海洋工程、海洋生態學、流體動力學、電化學、分子生物學、合成生物學、生物化學和生物生產）的專業知識團隊。

2.2.5 未來空間

在海洋科技方面，DARPA部署了“蝠鲼”（Manta Ray UUV）項目，旨在使有負載能力的自主無人水下航行器（UUV）在海洋中執行長期、遠程任務而無須現場人力后勤支持或維護。2020年3月，DARPA授予4個公司研發合同以執行蝠鲼計劃。其中3個公司洛克希德·馬丁先進技術實驗室、諾斯羅普·格魯曼公司和馬丁防衛集團有限責任公司（前身為Navatek公司）被選中研發蝠鲼原型機，第四家Metron公司專門研究海底能源解決技術。2021年2月10日，DARPA宣布完成初步設計審查，并且選擇諾斯羅普·格魯曼公司和馬丁防務集團繼續推進各自的無人潛航器總體設計。Metron公司將繼續研究自主無人水下航行器原型的能源解決方案。2024年2—4月，諾斯羅普·格魯曼公司建造的蝠鲼原型機在南加州海岸完成了全尺寸的水中測試。該無人機的試驗成功是美國國防部在未來無人潛航器領域的最新進展。

在空天科技方面，通過“敏捷地月行動演示火箭”（DRACO）計劃，與美國國家航空航天局（NASA）合作建造核熱火箭（NTR）發動機，目標是2027財年在地球軌道上測試支持NTR的航天器。NTR可以將貨物運送到新的月球基地、將人類運送到火星以及將機器人運送到更遠的地方。該計劃于2021年啟動，美國國家航空航天局2023年初加入。NASA的目標是在21世紀30年代末或21世紀40年代初將宇航員送到火星。美國國家航空航天局承諾提供高達3億美元資金，其中2.5億美元是核熱火箭的核動力發動機設計和開發協議成本。NTR發動機比電力推進效率高出約10000倍，效率比化學推進高出2～5倍。基于過去反應堆技術的經驗教訓，DRACO計劃探索使用高含量低濃縮鈾（HALEU）燃料，實心NTR溫度可達到近2760℃，因此需要使用先進材料。

03 啟示

3.1 強大的創新生態系統促進項目目標凝練

創新生態系統具有多樣性共生、自組織演化和開放式協同的特點，這些特點使得創新生態系統能夠孕育和涌現出新物種、新群落，也意味著新思想、新技術和新產品的持續產生。在典型的DARPA項目開發過程中，有關新功能的信息來自美國國防部，而有關技術的可行性信息以及各領域具備發展潛力的信息來自行業企業和技術界。信息分析與篩選則大多來自為美國國防部和DARPA提供建議的智庫和咨詢委員會。外部顧問、美國國會或總統行政辦公室在完成DARPA項目方面發揮了重要作用。DARPA項目經理根據這些意見構建一個項目，項目由一系列的子項目組成，具有明確的技術目標。建立牢固的合作伙伴關系是DARPA高新技術創新生態中非常重要的彈性機制，也是DARPA高新技術高效率轉化的重要保障。

中國在推動有組織科研與創新的任務布局過程中，建議加強項目目標凝練，特別是要探索建立以項目經理為核心的項目凝練與管理機制。創新生態系統治理的關鍵因素包括技術、組織和機制，在項目凝練和任務布局過程中，盡可能避免選擇簡單的指南方式，特別是以“同批專家提供指南、同批專家評議申請、同批專家獲批項目”的方式進行項目凝練和布局，應充分考慮技術手段、組織生態和運作機制的設計與優化。

一是培育和遴選優秀的行業資深專家成為項目經理，使其肩負探索創意、明確需求、凝練選題的重要職責。

二是選擇樞紐型科研組織，使其成為項目經理的“集散地”和工作室，構建支持項目經理工作的生態環境，開展前沿研究，組織技術論證，尋找科研團隊，對接行業企業。

三是建立基于生成式人工智能的項目發現與技術路線跟蹤系統，應用大模型并通過專業領域的數據資料強化系統，保證智能問答的準確性、可靠性和一致性，為項目經理及其團隊提供專業、科學、可靠和有效的支撐。

3.2 實行“階梯式”彈性資助項目團隊的科研組織方式

DARPA通過平行競爭和階段性評估資助“高風險/高回報”項目。項目第一階段采用多團隊、多技術路線的競爭性資助，促使項目之間產生良性的競爭機制。對于達到第一階段指標要求的團隊，DARPA將在第二階段加大資金投入進行重點資助。這種方式有效降低了顛覆性技術研發的不確定性，確保科研投入獲得較高績效。

中國在推動有組織科研與創新過程中，建議采用類似DARPA的支持模式，構建“階梯式”彈性資助方式。

一是項目起始時可采用多路線探索、多團隊競賽的平行布局方式。顛覆性技術方向具有多路線競爭演進、多種未來應用場景顛覆等特征，起始階段往往是由不同的團隊沿不同的技術路線探索，尚未出現具有明顯優勢乃至主導性的技術路線。此階段可以借鑒DARPA模式，由不同團隊提出不同的技術方案，開展科研競賽，進行多團隊支持，這一方面有利于科研團隊相互促進，另一方面也避免了重點科研項目過于集中的問題。

二是設置里程碑，按節點支持。對于最先達到第一節點或者在第一節點性能達到最優的團隊，可以支持其進入下一個階段繼續研發。考慮到不同技術路線的難易程度以及科研探索的偶然性等因素，可以繼續支持兩個以上的團隊進入下一階段工作。對于未能實現第一節點目標的團隊，應在充分論證的基礎上，盡職免責。如果研發過程中出現了特殊情況，可以考慮另辟任務予以支持。

三是對于無法完成最終預定目標的任務和團隊，應及時終止，在盡職免責的基礎上，總結經驗教訓。里程碑和最終目標的設定，應考慮應用場景、性能成本等多重因素，而不能僅以技術指標作為衡量因素。

3.3 加強未來產業重點方向顛覆性技術創新布局

DARPA的成功之處是軍民融合、寓軍于民。從DARPA近年來的重點任務布局上，可以看出，面向地緣政治格局變化，DARPA在未來信息、未來健康、未來制造、未來空間和未來能源等多個方面的布局均有不同程度的加強。這些布局反映出新科技革命與產業變革的重要趨勢，體現了未來大國博弈的技術支撐所在。

中國在推動新興產業、未來產業發展過程中，建議加強科技創新策源能力的提升。

一方面，全面推行引領性、智能化的技術預見工作。技術預見對于把握前沿技術態勢、展望未來應用前景以及應對技術風險挑戰等具有重要意義。引領性技術的預見對于促進原創科研具有至關重要的作用，可以為新興產業、未來產業的布局提供更具前瞻性、突破性的建議。同時，近年來國際上技術預見的一個重要趨勢就是智能化，應支持建設針對專業領域的基于人工智能大模型的智能化技術預見系統，為原創科研布局、項目推進實施和技術路線研判遴選等提供及時、動態、有效支撐。

另一方面，通過多部門協同、央地互動和跨區域協作等，探索采用“項目關聯”研發模式，加速新技術應用、新業態形成和新商業模式涌現。例如，美國國家科學基金會的使命是利用杰出研究人員的才能發展通用知識，而DARPA則利用這些新知識，組織受過良好教育、經驗豐富的研究人員，實現特定技術目標，實現了通用知識和特定技術目標的融合。因此，中國應加強科研項目庫的建設與有序共享，遴選已實施或正在實施的科研項目，基于其研究成果，與特定技術目標相結合，推進建立跨區域、跨部門、跨行業和跨領域的關鍵核心技術攻關與未來產業培育工作。

3.4 加強卓越技術人才和卓越技術管理人才隊伍建設

DARPA在項目提案征集和實施過程中，構建了與美國優秀團隊合作的機制，創建了卓越的技術人才信息庫。DARPA致力于以企業風險投資無法承擔的方式長期關注人才并給予研發資助。

中國在推進有組織科研與創新工作開展過程中，應借鑒DARPA模式，著重加強卓越技術人才和卓越技術管理人才隊伍建設。

一是探索“兩線兩總”機制，強化有組織科研與創新的資源保障、技術攻關之間的高效互動和有機協同。高校科研機構以及大型企業等開展有組織科研與創新活動時，應探索建立研發辦公室和總工程師室。其中研發辦公室作為項目經理或總指揮的重要支撐部門，應做好進度把控、資源調度等工作。總工程師室作為項目技術負責人或項目總師的重要支撐部門，須做好各技術子系統、模塊和技術路線的設計、協調與推進工作。

二是加強卓越工程師隊伍、技術經理人隊伍建設，強化職業教育、高等教育和繼續教育中的工程技術、技術管理課程建設，打造一支規模宏大的卓越技術人才和卓越技術管理人才隊伍。

三是在確保國家科技安全、個人隱私安全等基礎上，通過科技大數據進行匯集、梳理和分析，推進科技人才畫像庫建設，有序構建區域性、全國性乃至國際性的技術人才信息庫，為關鍵核心技術突破、聯合攻關提供高素質的技術團隊資源和項目經理隊伍。

本文來源于《全球科技經濟瞭望》2024(10)。鄒蕓，上海科學院副研究員。李萬，上海科學院研究員。文章觀點不代表主辦機構立場。

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