美军野战无人化卫勤装备进展与启示

美军野战无人化卫勤装备进展与启示 张金辉

［摘要］ 利用机器人技术，尤其是自主和半自主系统发展野战无人化卫勤装备，是提高战场伤员医疗救护能力，减 少急救人员风险的重要手段 。美军自 20 世纪末，建立了一系列项目，以开发、集成或改造机器人和无人地面/空中 系统，用于敌对环境和火力覆盖下战场伤员抢运 。该文通过对美军野战无人化卫勤装备发展目标、发展现状、存在 问题、发展趋势等的分析，为我军野战无人化卫勤装备的研制提供借鉴。

［关键词］ 美军；无人化；卫勤装备；机器人

［中图分类号］ R826；TB11 ［文献标识码］ A

［文章编号］ 1674-9960（2022）08-0616-06 **DOI**：10.7644/j.issn.1674-9960.2022.08.010

**Development of unmanned medical service equipment of U.S. Armed**

**Forces in field**：**a progress and prospective**

*ZHANG Jin⁃hui*

（Logistic Support Center，Chinese PLA General Hospital，Beijing 100853，China）

［**Abstract**］ Using robot technology，especially autonomous and semi-autonomous systems，to develop field unmanned medical equipment is an important means to improve the medical ability to rescue the wounded on the battlefield and re - duce the risk of first responders. Since the end of the last century，the U.S. Armed Forces have established a series of proj- ects to develop，integrate or transform robots and unmanned ground / air systems to evacuate battlefield casualties from hostile environments and fires. This paper aims to provide reference for the development of field unmanned medical service equipment of China ′s army by analyzing objectives，status quo，existing problems and developments of field unmanned medical service equipment of the U.S. Armed Forces.

［**Key words**］ U.S. Armed Forces；unmanned；medical service equipment；robotics

现代战争，战场伤员的及时有效自救/互救、卫 生员急救、医疗后送，是提高作战伤员存活率的重 要途径 。随着高新技术武器装备的发展，传统作战 样式发生了巨大改变，战场环境日趋复杂，作战卫 勤人员所受威胁日益增加 。为降低伤员施救中的 危险，引入机器人概念，简化前线医疗保障，是未来 卫勤装备向智能化、无人化方向发展的核心内容 。 美国等发达国家很早就开展了这方面研究 ，美国 《2009 机器人战略白皮书》中明确指出，执行伤员救 护任务的机器人将在未来战场投入使用［1］。探讨美 军野战无人化卫勤装备的现状和发展趋势，对加快 推进我军卫勤装备无人化建设具有重要借鉴价值。

1 发展现状

美军认为［2 ］，野战无人化卫勤装备有 3 个主要 ［基金项目］ 军队装备综合研究项目（LB2020A010010）

［作者简介］ 张金辉，男，硕士研究生，高级工程师，研究方向：装 备保障、信息通信、人工智能和医疗大数据，E-mail：zhangjinhui@ 301hospital.com.cn

［作者单位］ 解放军总医院服务保障中心，北京 100853

目标，即：安全将伤员从受伤环境中解救出来；快速 诊断危及生命损伤，包括不可压迫性出血、张力性 气胸和气道阻塞等 ；提供拯救生命的医疗介入措 施 。为达到最佳效果，无人化卫勤装备/机器人必须 在极端环境中可靠运行，并尽可能在接近受伤点和 缩短受伤时间的情况下提供有效的伤员救治 。美 军发展无人化卫勤装备近期目标是，通过救援（火 线抢运）机器人将伤员安全移出火线，以降低士兵 和作战医疗人员风险；远期目标是，通过远程操控 和自主手术机器人实现在战场上“黄金时段 ”以及 向后方医院转运期间为伤员提供专业的外科治疗。

自 1999 年 开 始 ，美 军 国 防 高 级 研 究 计 划 局 （Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA） 和美国陆军医学研究发展司令部（Medical Research and Development Command，MRMC）远程医疗与先进 技术研究中心（Telemedicine & Advanced Technology Research Center，TATRC）合作提出了数字机器人伤 员治疗和后送愿景，其优先事项包括［2］：

![](/media/202412//1733393070.928805.png) 机动性；

![](/media/202412//1733393070.9428577.png) 在未绘制地图的环境中计划/执行搜索，查 找并识别受伤士兵；

![](/media/202412//1733393070.95125.png) 跟踪、记录、传输和处理实时生理信息；

![](/media/202412//1733393070.959039.png) 使用与模式识别成像系统和生理传感器集 成的启发式算法进行远程和实时诊断；

![](/media/202412//1733393070.9677873.png) 执 行 半 自 主 和 自 主 的 医 疗 程 序 和 介 入 措施；

![](/media/202412//1733393070.9826574.png) 使用半自主和自主后送平台以及创伤和运 输 生 命 支 撑 系 统（life support for trauma and trans- port，LSTAT）等伤员支撑系统从战场上后送伤员。

2009 年，美国陆军训练与条令司令部（Training and Doctrine Command，TRADOC）指出［2 ］，战斗伤员

救治和手术的重点是以更少人员实现更快救援和 后送，快速、准确地判断受伤情况，以及远程医疗通 信 。TRADOC 在其预期未来的《部队作战能力》中 指出［2 ］：“无人驾驶车辆、机器人和先进的防区外设 备……将有助于在最恶劣的战斗或危险环境下，将 伤员立即后送和转运；医疗后送平台必须提供途中 治疗”。

经过 20 多年的发展，美军通过一系列项目，已开 发出多种野战无人化卫勤装备，尽管发展成熟度不 一，但已覆盖整个救治战场伤员过程，大致可分为 搜索、救援（火线抢运）、后送和医疗四大类［3］（表 1）。

表 1 美军主要无人化卫勤装备

装备类别

装备名称

研制生产厂家

主要特点

搜索装备

Micro Tracks 搜索机器人 Micro VGTV 搜索机器人 Packbot 搜索机器人

美国标准机器人公司、

Inuktun 服务有限公司 美国标准机器人公司、

Inuktun 服务有限公司 iRobot 公司

体积小、便于携带，能穿越崎岖的地形和攀爬障碍物

救援（火线抢运）装备

瓦尔基里伤员火线抢运机器人 机器人抢运车

战场抢运辅助机器人

iRobot 公司

应用感知公司、TATRC Vecna 机器人公司

拖曳式设计，简单 拖曳式设计

半拟人化履带式设计，具有主从操作能力，动作自由 度高，适应多种地形

后送装备

创伤和运输生命支撑系统 班组任务支持系统

“泰坦 ”徒步部队支援系统 “保护者 ”无人车

综合医疗系统公司 洛克希德公司

奎奈蒂克公司 HDT Global 公司

集成式移动重症监护系统

多用途无人车设计，机动能力强，能快速转换为伤员 后送模式

医疗装备

“达芬奇 ”远程医疗机器人

“乌鸦 ”机器人手术系统 M7机器人手术系统

“创伤吊舱 ”手术机器人系统

SRI 研究所

华盛顿大学 SRI 研究所 SRI 研究所

主从设计，能模仿外科医师的自由度和运动范围，同 时有效过滤外科医师的振颤

主从设计，正在论证 2 名外科医师协同手术

主从设计，完成了世界上第一个半自主远程医疗任务 集成式远程野战手术室

1.1 搜索装备

大多数搜索机器人最初设计是为探测并处理 战场上爆炸装置，后扩展到搜寻受伤人员 。通常将 其设计成移动感知平台，在人员无法到达的空间或 对人身安全有威胁的环境中使用，允许救援人员能 “远距离感知和行动”。

搜索机器人的特点是：体型小巧、重量轻、携带 方便；以履带行进方式为主，能穿越崎岖地形和攀 爬障碍物，并可连续运行，便于不间断的搜索工作。 它们通常还带有各种其他传感探测装置，能检测环 境中毒剂、生化战剂和爆炸物 。典型的搜索机器人 有美国标准机器人公司和 Inuktun 服务有限公司的 Inuktun Micro tracks 和 Inuktun Micro VGTV 搜索机

器人，以及 iRobot 公司的 Packbot（图 1）机器人。

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图 1 **Packbot** 搜索机器人（图片来源：www.nbcnews.com）

1.2 救援（火线抢运）装备

救援机器人用于从火线（受伤点）将伤员下撤 至安全区域 。救援机器人与受伤或可能丧失行动 能力的伤员之间需要进行必要的交互，是一项复杂 的任务，该领域技术成熟度不如搜索机器人 。美军 救援（火线抢运）机器人主要有拖曳式机器人和人 形机器人 2 种路线。

拖曳式机器人体积较小，以远程操控为主，操 作简单 。此类机器人在执行伤员抢运任务时，伤员 躺在拖曳担架上，实现火线下撤 。典型的拖曳式机 器人有 iRobot 公司的瓦尔基里（Valkyrie）伤员火线 抢运机器人和应用感知公司与 TATRC 合作设计的 机器人抢运车（robotic extraction vehicles，REX）。

人形机器人顾名思义具有半拟人化外观，能以 远程操控或半自主方式执行任务 。在抢运伤员时， 通过其拟人的上肢，将伤员从地面抱起，并一直以 怀抱方式将其送至安全区域 。典型的人形机器人 有 Vecna 机器人公司制造的战场抢运辅助机器人 （battlefield extraction assist robot，BEAR）（图 2）。

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图2 战场抢运辅助机器人（**BEAR**） （图片来源：www.semanticscholar.org）

1.3 后送装备

伤员从受伤点救出后，通过后送装备快速运送 到更安全的医疗点进行急救/分诊或更深入的医疗 救治 。美军在该领域的研究和开发主要集中在大 型、多用途、移动式地面车辆上，它们具有适用于后 送伤员的可配置模块 。此外，生命外围支持系统也 可归在此类装备中，并与有人/无人后送载具配套 使用。

美军列装的创伤和运输生命支撑系统（LSTAT） （ 图 3），由 综 合 医 疗 系 统 公 司（Integrated Medical Systems Inc.）研制，用于后送途中伤员生命体征监 测 。除担架本身，LSTAT 还包括呼吸机、除颤器、抽 吸泵、液体和药物输注泵以及血液生化分析仪 。其 携带的传感器可监测伤员血压、脉搏、血氧饱和度、 呼气二氧化碳、体温、氧气流量和心电图，数据显示 在担架自带的显示屏，并发送至手持式监视器或通 过无线网络发送至后方 。它与无人车结合，实现伤 员无人后送期间的实时监护。

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图3 创伤和运输生命支撑系统（**LSTAT**）

（图片来源：www.semanticscholar.org）

美军伤员无人后送车辆，主要来自班组多用途 运输装备（Squad Multipurpose Equipment Transport， S-MET）计划 。该计划是美国陆军的一项倡议，旨在 研发自主或半自主机动机器人，为运输步兵班组提 供 72 h 行动所需补给，并为士兵携带的电子设备提 供移动电源 。在此基础上，S-MET 还可通过标准担 架安放接口或固有医疗转运配置，作为伤员后送平 台 。S-MET 有 3 种参与竞标的车型，分别为洛克希 德 公 司 班 组 任 务 支 持 系 统（Squad Mission Support System，SMSS）（图 4）、奎奈蒂克公司（Qinetiq）“泰 坦”（TITAN）徒步部队支援系统和 HDT Global 公司 “保护者”（Protector）无人车 。这些车辆均有较强的 机动能力和一定的自主行驶能力，能快速实现物资 运输和伤员后送两种形态的转换。

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图4 班组任务支持系统（**SMSS** ） （图片来源：www.lockheedmartin.com）

1.4 医疗装备

美军正试图研制机器人手术系统，实现战场远 程机动创伤治疗 。这类机器人多采用主从设计，由 外科医师操作的主控制台和战地部署的从机械手 构成，通过通信链路实现控制 。从机械手可模仿外 科医师动作，并有效过滤医师的振颤 。典型的机器 人手术系统包括 SRI 研究所开发的“达芬奇 ”手术遥 控系统和 M7 机器人手术系统，以及华盛顿大学的 “ 乌鸦”（RAVEN）机器人手术系统（图 5）等 。其中 “ 达 芬 奇 ”系 统 已 在 民 用 领 域 广 泛 应 用 ；M7 系 统 不仅成功地完成了基准手术测试，还完成了世界上第 一个半自主远程医疗任务，即超声波辅助静脉输液；而 “乌鸦 ”系统正在论证实现两名外科医师协同手术。

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图5 “乌鸦”（**RAVEN**）机器人手术系统 （图片来源：University of Washington）

在远程手术机器人研制的基础上，DARPA 资助 的 SRI 项目设计了一种集成的远程野战手术室—— “ 创伤吊舱”，由手术机器人 、供应分配器 、器械护 士、工具架、工具自动装填器、伤员成像仪和担架组 成。“创伤吊舱 ”原型机在无现场人员协助的情况 下，在外科模型上成功地演示了肠道闭合和分流术 手术 。试验中使用的机器人是达芬奇手术机器人， 器械护士是带有双夹持器末端执行器的三菱 PA10 机械手，LSTAT 担架提供伤员生命体征监测。

2 存在问题

经过 20 多年的发展，美军在无人化卫勤装备的 发展上积累了大量经验 。通过对需求与现状的比 较分析，美军认为其在以下方面尚存不足。

2.1 缺乏战伤急救类自主无人化卫勤装备

现代战争中 ，失血导致伤员死亡占比一直较 高 。通过及时的士兵自救、互救，以及战斗医疗人 员的急救，可有效提高伤员存活率 。但在激烈战斗 过程中，尤其是伤员伤情严重、意识丧失，或敌方猛 烈火力覆盖情况下，这种现场急救一般无法实现 。 美军认识到，其自身尚无一款切实可用于自主战伤

急救的无人化产品 。 目前美国麻省理工学院（MIT） 的陆军士兵纳米技术研究所（Army Institute for Sol- dier Nanotechnology）正在进行以作战服为依托的诊 断和紧急注射方面基础研究，并考虑在作战服上增 加自主止血带环 。但因在精密传感器开发、感官输 入自动分析、介入和治疗程序自动应用等方面进展 缓慢，此类自主设备的部署还需数年时间［2］。

2.2 救援（火线抢运）机器人技术尚不成熟

与战伤急救一样，战斗医疗人员或其他士兵也 很难执行伤员火线抢运和救援任务 。美军认为，使 用自主/半自主机器人能实现伤员的火线抢运，但战 伤的未知性会使移动伤员的机械方式变得复杂或 混乱，机器人可能无法处理复合骨折或断肢，甚至 可能会增加二次伤害 。这些都是救援（火线抢运） 机器人需要克服的难点。

从技术路线上看，美军拖曳式救援机器人需要 较为平坦的地面，障碍物或崎岖地形易造成担架无 法通过或侧翻 。此外，它们缺乏一个灵活的伤员搬 运组件，需要伤员自己滚动或爬上担架，因此无法 救援丧失意识或行动能力的人，而若依赖第三方介 入协助伤员进入担架，则会降低系统效率。

美军人形抢运机器人能出色地将伤员从地面 抱起，但缺乏对伤者头部/颈部的支撑，且必须是下 肢完好无损的伤员 。此外 ，受到战场通信能力限 制，此类机器人远程操控面临挑战，而完全自主控

制的机器人尚需大量的人工智能编程［2，3］。

2.3 伤员无人化后送平台需要进一步集成

目前美军在使用多功能无人地面平台后送伤 员时，多采用加装简易担架系统的方式，缺乏与医 疗信息系统的集成，无法提供额外的医疗能力 。如 在无人驾驶平台集成伤员监护仪和远程医疗设备， 利用无人平台上的本地战术无线电台实施医疗数 据传输，使得现场获取的医疗数据和伤员实时生命 数据在途中即能传输给准备接收伤员的医疗设施， 使后方医疗机构能够远程密切监控伤员，并对其伤 情进行评估和治疗方案准备，确保从受伤点到医疗 地点的整个救治过程中医疗数据无缝交换［4］。

在无人飞行器伤员后送方面，美军尚未开发专 用产品 。而使用非专用无人机，存在飞行能力超出 伤员生理限制问题，要开发集成一种智能飞行控制 系统，可根据任务约束调整关键飞行参数，以确保 在伤员后送模式下飞行时不超过安全阈值［4］。

2.4 远程手术机器人野战部署尚需时日

美军资助的研究表明，军用外科机器人系统可 成功地部署到极端环境中，并通过微波和卫星平台 进行无线操作 。但这些能力在战场上的应用尚未

超越概念验证阶段 ，充其量只是远程操作组件能 力，需进行大量额外研究，以开发自我控制的自主 机器人，克服在部署作战环境中有限的带宽、延迟 和信号丢失等机动通信挑战 。此外，远程手术机器 人的野战部署，需要尽量降低机械复杂性，同时保 持必要的可操作性。“达芬奇 ”虽是一个成熟的系 统，但过于庞大，需要太多的设置，不宜作为独立设 备进行便携式使用，而“创伤吊舱 ”则需要一个固定 的基座 ，如大型运输车或无人机 ，以便在野外

使用［2，4］。

3 发展趋势

美军未来的作战概念 ，如美陆军的多域战概 念，可能会涉及作战力量更大的分散部署，从而导 致卫勤行动严重受限，以及医疗人力和物资资源短 缺 。机器人、自主和无人系统及相关赋能技术的发 展，为未来美军多域战空间卫勤行动提供了机遇。

在医疗机器人方面，美陆军将在以下方面开展 原型化工作：①软机器人驱动的成像和重症监护干 预技术，这些技术可实现闭环复苏，并指导自动救 治系统介入重症治疗，以支持采用无人系统后送伤 员期间的长时间现场救治和途中护理 。②识别和 缓解阻碍远程机器人手术的信号延迟引起的问题， 从而实现安全有效的远程机器人手术，为战场上重 症治疗提供支持［4］。

在自主和无人医疗能力方面，美军未来研究将 包括：①闭环系统算法的智能代理方法，包括在长 时间野战救治或长时间后送期间使用多个自主重 症救治系统，重点是自主集群的新方法和协作交互 的智能代理算法，以实现在消除各种自主程序冲突 的同时，为多处受伤（多处创伤）提供自主闭环系统 救治 。②将闭环诊断和重症救治系统与自主无人 地面和空中平台连接策略 ，以便快速救治作战伤 员，并使无人系统伤员后送向更后方延伸 。③在人 工智能和感知系统领域进行研究，以便对人体进行 准确检测和建模，从而实现半自主伤员下撤和闭环 途中救治系统；这些应用需要近实时的人体高保真 测绘，以便与伤员进行安全的贴身操作［4］。

在多机器人协同和蜂群技术方面，美军将利用 模块化垂直提升能力概念，开发能自组装、协同提 升和有效载荷叠加的小型垂直起降无人机群，通过 向系统中添加更多垂直起降无人机模块，轻松扩大 有效载荷容量 。在大型地面/空中载具难以进入的 环境，通过小型垂直起降无人机为分散部队提供紧 急医疗补给；也可令小型垂直无人机轻松机动进入 到装配点集成，以获得更大的有效载荷，将伤员短

距离后送到附近安全区，移交给医疗后送队［4］。 4 启示建议

与美军无人化卫勤装备相比，我军无人智能化 卫勤保障装备发展仍存在一定差距，未来可从以下 方面开展工作。

4.1 加强无人化卫勤保障装备的统一规划［5］

无人化卫勤装备是信息化条件下军队卫勤保 障的重要组成力量 ，是国家和军队科技实力的体 现，对保障打赢起着重要作用 。应结合未来国防战 略和作战样式，结合未来卫勤保障模式，充分论证 卫勤全链条无人化装备体系，做到顶层规划、归口 管理，保证无人化卫勤保障装备勤务有需求、发展 有目标、标准有规范、实现有抓手、落实有手段。

4.2 利用多功能无人化平台开发卫勤模块

我军在多用途无人车、飞行器和无人艇等方面 研究 ，已取得了丰硕成果 ，部分装备已列装部队 。 应充分利用我军多功能无人平台的研究成果，开展 卫勤专用模块开发，加快实现伤员后送无人化 。如 开展类似美军 LS-1系统的背包式重症监护系统研 制，实现伤员无人后送时的实时状态监控；开展不 同类型伤员在各类（陆、海、空）无人后送装备上的 后送安全阈值研究，开发无人后送平台伤员后送模 式智能控制系统，提升无人化伤员后送的稳定性， 减少运输过程中的有害加速、颠簸或环境影响，以 及由此带来的二次伤害。

4.3 加快新技术在无人化卫勤保障装备的应用转化

无人化 、智能化技术发展日新月异，采用传统 装备发展模式会造成装备定型即落后 。应加快新 技术在无人化卫勤装备的应用转化，缩短其形成新 质保障力的时间 。可采取类似“跨越险阻 ”陆上无 人挑战赛等的形式 ，开展无人化卫勤保障装备大 赛，通过设置比赛科目、模拟应用场景、规定完成目 标、制定考评标准、不限实现方式等手段，鼓励思路 创新、新技术应用，从各家产品中发现能直接转化 应用的技术成果、具有发展潜力的创新思路，积极 吸纳成熟技术、资助创新研究，实现新技术的快速 应用转化。

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（姜晓舜 编辑 2021-03-17 收稿）