仿生智能：开辟“新赛道” 培育“硬科技”

郭雷  王巍  包为民

习近平总书记指出，中国高度重视人工智能发展，积极推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合，培育壮大智能产业，加快发展新质生产力，为高质量发展提供新动能。当前，新一轮科技革命和产业变革迅猛发展，人工智能等新技术方兴未艾，大幅提升了人类认识世界和改造世界的能力，同时也带来一系列难以预知的风险挑战。面向未来，要深入贯彻落实习近平总书记关于人工智能的重要论述，不断推动人工智能与传统产业深度融合，为推动形成新质生产力、推动高质量发展注入持久动能。

仿生智能作为应用于人工智能系统设计与制造的一种智能形式，用以提高人工系统的性能和智能化水平，已经成为人工智能技术发展的新阶段。仿生智能不断开辟“新赛道”，培育“硬科技”，有望更好地赋能实体经济，使其在国家安全和社会发展各领域发挥更大作用，为推进新型工业化、实现高质量发展作出重要贡献。

一、仿生智能成为人工智能技术发展新阶段

新型工业化与以下三个关键词息息相关：“新”“硬”“实”。其中，“新”意味着创新驱动；“硬”意味着要产生硬核科技；  “实”意味着服务实体经济，从而进一步赋能航空航天、工业制造等传统产业以及商业航天、低空经济等新兴产业。从自动化到智能化是信息科学发展的新阶段，给人类开辟了新赛道、新方向、新领域，带来了新机遇、新挑战。

近几年，以大数据大模型为代表的类脑智能和依托于人形机器人的具身智能发展迅速，但是培育新质生产力、赋能实体经济的动能不足，某些领域仍存在科技泡沫并导致产业泡沫的风险。其中一个首要问题是如何使人工智能技术更好地与硬核科技有机结合、更好地赋能实体经济，使其在国家安全和社会发展各领域发挥更大作用，为因地制宜发展新质生产力、推进新型工业化贡献更大力量。空天无人系统、类脑智能、具身智能等是人工智能的重要应用领域。卫星、火箭、无人机等空天无人系统作为国之重器，不仅是国家综合国力的重要标志，也是未来产业的主要细分领域之一，是推进新型工业化的关键着力点。2024年，工业和信息化部等七部门联合印发《关于推动未来产业创新发展的实施意见》，提出要加强原创性、颠覆性技术创新，研制探月探火、临空无人系统等高端装备。

仿生智能作为人工智能领域的新方向、新赛道，有望催生新发现、产生新机遇、培育新动力。图为2025世界机器人大会展示仿生机器鸟。2025世界机器人大会组委会供图

空天无人系统不仅面临跨空域、宽速域、高动态、强对抗等挑战，还存在构型、能量、信息、算力等多维约束，依赖于大模型、大数据的现有人工智能方法难以适用。当前，空间飞行器尚处于从无人化到自主化、智能化的转变阶段，具有环境、任务和模式的局限性，缺乏智能学习、演化和进化能力，难以保证多源干扰及强不确定等极端环境下的安全性、自主性和可靠性。如何将近年来发展迅速的人工智能技术与航空航天重大需求相结合，是迫在眉睫的重大命题。

目前，类脑智能、具身智能等方向已经成为人工智能领域的热点。类脑智能以计算智能为工具，在模拟人类感知、思维和学习能力的基础上，使得无人系统初步具备视觉、听觉、触觉等功能及结构化场景下行动能力。具身智能则进一步强调机器通过感知交互与环境进行实时互动的能力，逐步形成了以共融机器人、人形机器人、类生命机器人为代表的研究方向。但是，这些研究成果大多局限于“固定环境、预设情境、协作模式”，无法适应“极端环境、机动任务、对抗模式”，不能满足空天无人系统自主化、智能化的迫切需求。

与此同时，类脑智能等技术也带来了较大的能源、算力危机以及信息安全、隐私和伦理隐患。例如，用于信息处理的全球数据中心年耗电量已超过2000亿千瓦时，已占全球总用电量的1%。此外，开源“伪数据、暗数据、黑数据” 的存在以及可靠容错算法缺失也为虚拟信息生成带来了新的安全隐患，现有类脑智能和具身智能技术难以应用于以动态性、精确性、可靠性为目标的空天系统。

在此背景下，仿生智能由于具备系统智能、生物智能和对抗智能等新特征，相较于类脑智能、具身智能等拥有更多优势，已成为人工智能技术发展的新阶段。具体来看，仿生智能的系统智能特征强调传感、执行、形态和行为的协调，将组织、器官的优化和系统的进化融为一体，达到软硬一体、内外兼修；仿生智能的生物智能特征具有器官和形态，以及行为的自主变构、认知演化、仿生协同、逆向设计等进化能力，能够实现系统的边飞边学、终身学习；仿生智能的对抗智能特征指的是在对抗环境下的生存能力以及抵御攻击、规避威胁和博弈竞争的免疫能力。

总体而言，仿生智能从实际需求出发，聚焦空间无人系统在极端环境中模仿生物运动机理进行运动信息解译和交互的过程，通过融合控制科学、仿生科学、生物学、物理学等多类学科，实现了对空间飞行器“神经－器官/组织/系统－行为”一体化的仿生智能赋能，使得空间飞行器在干扰对抗等极端环境中也具备生存、耐受、免疫和进化等多种能力。

二、仿生智能技术开辟“新赛道”

物竞天择，适者生存。生物在亿万年的进化过程中，具备了高超的应对天敌侵害、种群竞争和环境剧变等干扰与不确定性的能力，体现在将“轻量化”超低功耗的神经算法赋能感知、操控、传导器官及本体系统的形态和行为，使其具有安全、绿色和进化的特点，实现“脑聪、目明、手巧、身健”的目标，能够适应环境、抵御干扰、制胜天敌。

通过借鉴和模仿自然界生物的结构、功能和行为原理，仿生智能可以提高人工系统的性能和智能化水平。仿生智能技术的突破方向包括仿生感知（智能仿生传感器）、仿生融合（智能多源组合导航）、仿生操控（肌肉与关节控制）、仿生芯片和仿生系统行为进化等方面。

例如，在信息采集方面，仿生传感芯片可以采用新型光电材料和结构，模仿昆虫复眼的多光谱感知过程，开发具有自适应能力的低功耗视觉传感芯片和传感器。在信息处理方面，脉冲神经网络采用类脑脉冲时序编码，在边缘计算设备上可实现低能耗图像分类和识别任务。未来大脑神经网络可通过“存算一体”功能，与运动神经中枢“小脑”有机协同，变“硬算”为“巧算”，变静态优化为动态反馈，从而降低数据搬运的能耗和时间代价，完成神经算法和系统行为的协调。

通过借鉴和模仿自然界生物的结构、功能和行为原理，仿生智能可以提高人工系统的性能和智能化水平。图为仿复眼智能偏振导航系统原理示意图。北京航空航天大学供图

特别需要指出的是，仿生智能技术是一种生物启发的系统性思维，克服了“碎片化”局部智能技术的局限性。通过研究无人系统“器官”、形态和行为的协同演进机理和过程，可为创建“智能系统工程”理论提供技术支撑。智能系统工程通过智能算法、智能器件、智能系统、智能环境交互与进化设计等多维度智能化构建，使得实际工程系统具备智能感知、决策、控制与进化能力。从无人系统的智能测试和进化设计角度，需要开展多源混合可靠性分析、动静混合风险度量、信息激励重构、故障智能测试等关键核心技术研究，实现无人系统的风险自主识别预警、智能建模与在线修正、方案与参数智能优化、能力动态演进等智能化设计。

研发仿生复眼等硬核技术的目标是将轻量化的学习、预测和进化算法赋能无人飞行器的传感器、执行器和系统行为，让空天飞行器变得“脑聪、目明、手巧、身健”，能像鸟一样乘风而起、御风而行。图为面向空天无人系统的“脑聪－目明－手巧－身健”智能赋能示意图。北京航空航天大学供图

仿生智能与现有的类脑智能体系既有联系，又有显著的不同。作为生物启发的智能，仿生智能蕴含了比类人智能更为丰富的要素。仿生智能既涉及信息、智能、生物、材料、结构等跨学科融合，又涉及基础理论、关键技术和工程应用全链条创新。从物理、信息和生物的基础理论，到传感、执行和系统设计的关键核心技术，再到软件、器件、芯片和硬件系统进化设计及与环境、目标和对手博弈交互，仿生智能的成果可谓是软硬一体、内外兼修，能够在航空航天、先进制造领域极端环境下实现各类无人系统、器件和装备的运动智能、对抗智能和博弈智能。特别是在航空、航天、航海等极端环境下，仿生智能是实现“鸟”工智能、“鱼”工智能的必然途径。

仿生智能作为人工智能领域的新方向、新赛道，有望催生新发现、产生新机遇、培育新动力。不同于现有的类脑智能和具身智能等热点领域，仿生智能技术在无人系统领域的应用具有较大的创新意义。一是认知自然，即揭示与解译生物在运动行为中感知/操控/博弈/免疫等内在机理，实现类脑神经在空间飞行器（含器官与组织）的轻量化、绿色化和高效赋能；二是师法自然，即通过模拟器官/组织机理和结构，设计仿生感知、控制、驱动器件/部件/系统以及调控行为；三是超越自然，即通过智能测试和进化设计，使空间飞行器具备不断演化的跨物种感知能力、灵巧操控能力、自适应变构能力、博弈对抗能力和免疫进化能力。

近年来，我国通过自主创新，在空间飞行器仿生导航、智能控制、协同控制与系统设计等领域做出了大量卓有成效的研究工作。例如，北京航空航天大学研究团队针对多源复合干扰和不确定性系统提出了原创性的智能控制算法，突破了一系列仿生复眼、智能导航、仿生控制无人机等硬核技术，在多个国家重大工程中得到成功应用。研发这些硬核技术的目标是将轻量化的学习、预测和进化算法赋能无人飞行器的传感器、执行器和系统行为，让空天飞行器变得“脑聪、目明、手巧、身健”，能像鸟一样乘风而起、御风而行。近年来，这些技术和产品先后获得国家技术发明奖二等奖、日内瓦发明金奖、纽伦堡发明金奖以及全球人工智能产品应用博览会金奖。

三、仿生智能有望在多领域产生“链式变革”

当前，新一轮科技革命和产业变革深入发展，仿生智能不仅是一个“新赛道”，更是一门“硬科技”。

习近平总书记在全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上指出：“技术创新进入前所未有的密集活跃期，人工智能、量子技术、生物技术等前沿技术集中涌现，引发链式变革。与此同时，世界百年未有之大变局加速演进，科技革命与大国博弈相互交织，高技术领域成为国际竞争最前沿和主战场，深刻重塑全球秩序和发展格局。” 应该说，仿生智能就是将人工智能、生物技术与航空航天、先进制造领域重大需求相结合，从而产生“链式变革”“全链条创新”的一个重要途径。仿生智能通过持续将科技创新与航空航天等产业创新进行深度融合，有望逐步成为推进新型工业化的核心引擎之一，在空天无人系统、高端制造、国防安全、工业互联网、绿色能源、医疗健康、智慧农业等领域产生“链式变革”，形成颠覆性创新优势，推动实现高质量发展。

近年来，我国通过自主创新，在空间飞行器仿生导航、智能控制、协同控制与系统设计等领域做出了大量卓有成效的研究工作。图为北京航空航天大学自研仿复眼偏振组合导航系统无人机联调测试。北京航空航天大学供图

空天无人系统仿生智能有助于增强维护国家安全能力。欧美各国围绕无人系统仿生智能相关关键技术做出了重要战略布局。2023年，美国新设3个“安全有效的自主系统”技术中心，聚焦智能传感、安全自主系统等领域。目前，空间飞行器已广泛应用于欧美多种军事装备，构建在极端环境下具有安全性、自主性和可靠性的无人系统仿生智能领域前沿交叉理论方法，突破相关关键技术以及研制无人系统智能无人装备已成为国家安全领域的紧迫需求。

无人系统仿生智能也是社会发展的迫切需求。空间飞行器广泛应用于我国陆续开展的嫦娥、天问、神舟等重大航天工程，以及地月空间应用、空间在轨服务、深空探测、北斗导航、高分对地观测及空间航班化运输等重大专项。2024年政府工作报告明确提出，要积极打造低空经济、商业航天等新增长引擎。空间飞行器被视作低空经济及商业航天等领域的重要引擎。

商业航天与低空经济作为国家布局的新引擎，既是技术突破的机遇，也是产业升级的挑战。但是，我国在航天领域缺乏健全的商业运行机制、容错的创新生态；低空经济则面临空域管理、安全规范等空白问题。从技术层面，目前的类脑智能和具身智能不能解决其中的核心技术问题。因此，当前亟须破解商业航天的商业化难题、低空经济的经济性问题，具体包括创新链不完备、产业链和技术链不闭合、市场需求模糊等难题，从而规避盲目投入、内卷竞争与概念炒作等泡沫行为，使新兴产业真正服务于实体经济。

四、多措并举提升仿生智能发展水平

总体来看，作为“新赛道”和“硬科技”，仿生智能融合生物、信息、结构、材料等学科，是现有的计算智能、具身智能等人工智能发展阶段向泛生物智能阶段的发展和升级，通过跨学科融合和全链条创新，有望推动我国人工智能技术更快实现从“跟跑”“并跑”到“领跑”的过程，突破现有的计算智能和具身智能应用瓶颈，尽快实现无人系统生物智能、系统智能和对抗智能。

当前，我们迫切需要提升仿生智能发展水平，将以仿生智能为代表的新型人工智能技术赋能空间无人系统（包括无人飞行器、潜航器）等领域，实现换道超车，使以仿生智能为代表的人工智能技术创新与新兴产业创新深度融合，打造具有国际竞争力的商业航天与低空经济产业创新生态。对此，提出以下具体建议。

一是设立仿生智能技术科技重大专项或重点研发计划，开展有组织科研攻关，围绕国家在航空航天等领域的重大需求，重点突破生物启发的超低功耗传感、计算、操控、通信、芯片以及协同进化设计技术；二是建立“空天仿生智能”领域国家级重点实验室，加快推进教育部学科突破先导等计划，建立跨学科交叉教育科研协同融合平台，推动信息、生物、材料等学科的深度融合，培育兼具生物机理认知与工程实现能力的复合型青年科技人才；三是设立针对商业航天、低空经济等新兴产业领域的空天仿生智能研究专项，将仿生智能的技术创新链与商业航天、低空经济等新兴产业的产业创新链深度融合，并开展示范应用，形成“基础研究－技术转化－产业落地”的全链条创新体系；四是将仿生智能技术赋能智能武器装备研制，提高在对抗环境下无人化装备的智能博弈、智能协同和进化设计水平。

仿生智能技术有望建立仿生智能领域前沿性和交叉性理论方法体系，突破并引领空间无人系统仿生智能关键核心技术，使人工智能克服目前类脑智能局限性，真正实现从“类脑” 到“类人”再到“仿生” 的跨越式发展，为信息时代颠覆性技术提供科学范式和崭新赛道，为国家安全与经济社会高质量发展注入全新动能。我们要开辟仿生智能技术“新赛道”，培育“硬科技”，加快推进教育、科技、人才“三位一体”协同融合发展，逐步树立科技自信、创新自信、青年自信，在人工智能领域走出一条具有中国特色的创新发展之路。