导语：枪支智能化一直是个热门话题，今天就让我们了解更多智能枪的发展
关键词：智能枪；令牌；生物识别；可靠性；
每当有一个小孩偶然开枪打死其朋友或家庭成员，一个青少年用枪结束自己生命或者是有大规模暴力枪击案发生的时候，公众的视线就会回到对于“智能枪”技术的讨论。“智能枪”这个概念可以追溯到1995年，国家司法研究所（NIJ）研究提出的一种减少警察在被歹徒夺去枪支后被自己的配枪所射杀的技术。近期，总统奥巴马也对于枪支暴力发文，其中包括针对联邦对电子枪支安全系统的开发和商业化采取的行动提出的具体建议。
“智能枪”这个概念已经被大众媒体用作一个包罗万象的个性化电子安全技术。这个想法旨在确保枪支只能由它的授权使用者使用。但是在不同的情况下，枪支可能被不恰当的人所拥有，这就要求完全不同的安全系统。
通过门和锁这个比喻可以很好地理解不同的技术方法。钥钥就如同个人识别码。锁内可以识别钥匙的销栓就如同认证方。而门闩就如同枪支的安全锁。所有的电子枪的安全系统都具有三个基本功能——识别授权使用人，验证他们的授权证书，最后打开安全锁从而释放开火机构。
如何满足这些要求受制于应用环境和武器本身的物理约束。正是这些不同造就了个性化武器技术的不同分支。
接近式传感器——你能听见吗？
其中一组解决方案主要归功于针对保护警察近身搏斗时武器被夺去而进行的NIJ研究。这种方案使用了基于无线射频识别（RFID）的令牌近距离传感器。从1996年柯尔特手枪到Triggersmart、iGun M-2000和Armatix iP1，众多基于RFID的原型枪都取得了不错的效果。
用户佩戴像为防止入室盗窃而贴在产品上的无源RFID标签的徽章、手环或戒指。这就是“令牌”，就像前面说的门锁的钥匙一样。跟实体的钥匙一样，它同样可以复制和共享。这样的话最重要的是拥有令牌，而不是持有者的身份。
枪之中嵌有的无线RFID读码器就如同认证者。它会产生信号以激活RFID标签，从而识别内嵌密码。如果密码是匹配的，那么电子元件就会解锁枪支的发射系统，枪支就能正常开火。这个系统的反应时间取决于用于安全锁所使用的电子元件（例如伺服电机，螺线管、形状记忆金属），但通常都不会超过半秒。通过设计，只要有一个信号连接，或者在其他一些配置中只要压力传感器侦测到有人握着枪正，枪支就可以保持激活状态。
如果标签远离发射机，从而使枪支不能自我激活和响应，那就像你丢失了门的钥匙——枪就会被锁上，无法使用。例如Armatix iP1，其指定激活范围为15英寸。如果你尝试使用不包含正确密码的信号去激活应答器，那就像使用了错误的钥匙——它可能能匹配锁孔，但不能转动，因为它不匹配安全锁——枪会依旧锁着。
上图为iGun的RFID式安全锁系统被上锁时的状态。而插图则显示了用户的标签（以戒指的形式）足够靠近时的状态，此时武器的开火机构就不会被锁上，枪支就能开火。（图片来源：iGun科技股份有限公司）
不同的设计阻碍枪支击发机构的位置有所不同——可能是扳机，或者撞针，又或者是其他部位。当然也采用了不同的技术，例如利用螺线管执行机构，形状记忆合金零件，甚至是电子点火系统来做安全锁，它们在接收到认证系统信号时就会解锁。上述这种种专属于市场上的部分产品，同时反映了针对枪支不同的能量消耗，适于零件的剩余空间和响应时间锁所作出的设计。
在近距离打斗中，靠近枪支的令牌并不能确保枪支使用权的合法性。但这项技术的确使枪支操作更为简洁，更容易将枪支使用权授予其他信赖用户（例如同伴），同时即使警察被打败且武器被夺取，也可以有效使武器失效。
生物识别技术——我真的认识你吗？
令牌系统在街角遇袭时拥有的优势到了家里却成了累赘。令牌系统的可行性完全依赖于拥有者保管好令牌，使它不被非授权人使用。但是为了避免家中有入侵者时不能及时保护家人，枪支和令牌往往是一同存放。而任何同时拥有枪支和令牌的人都可以使用这把枪。
第二种技术是从20世纪初新泽西州和马里兰州通过的应对儿童安全手枪法案演变而来，旨在防止未经授权的人使用存放在家中的枪支。生物认证系统取代了实体令牌。相应的，授权用户的某一可测量的物理特性变成了钥匙。它未经授权不能使用，伪造或转让也是不行的。
人们正使用不同的指纹识别方式验证持枪人（图片来源：Kai Kloepfer）
迄今为止，指纹已经变成了生物识别系统中使用的主要方式。Kodiak Arms Intelligun和Safe Gun Technology改造的步枪就是使用指纹检测作为主要安全保障方式。如果把指纹比喻成钥匙，那么对于这些枪支进行认证功能的传感器和模式匹配软件就是销栓，对枪支进行安全认证。
最广泛使用的传感器技术依赖于指纹的电容成像。手指的凸脊和凹槽与传感器背板的距离变化可以创造一个电荷存储（电容），它可以被传感器导电板中的阵列测量。其他指纹传感器有的依靠红外线（热）成像，有的则是靠压力检测来创建一个数字模型，这是一个独一无二的数字表示。
该传感器软件需要通过不断调试来存储许可模式，它可以记住单一用户的不同手指或者多个用户的不同手指。在那之后，不符合一定容差内的指纹都不能解锁枪支。认证过程的可靠性受传感器的分辨率、手指按压的幅度和方向，以及可能干扰映射的物理因素影响。举例来说，手指上的水会影响电容式检测仪，冰凉的手指会降低热成像的可靠性，同时污垢、油漆和手套也可能使指纹无法识别。
还有其他类型的生物识别安全技术仍在探索之中。其中一个由NIJ赞助的原型采用了检测生物血管的方式，即检测皮下血管结构。另外一个新兴的生物学种类是将动作或行为与人们习以为常的行所导致的某个生理特征相结合。例如语音识别结合了说话者的声带结构和他从婴儿时期就已养成的呼吸模式。电子签名认证通过捕捉在LCD pad上笔的速度和压力(而非签名图像)，因为签名者根深蒂固的写字方式是他早已养成了的。
枪柄上安装了动态握力识别器（Dynamic Grip Recognition?）的NJIT原型枪。（图片来源：Donald Sebastian）
在过去的15年里，我们在NJIT的研究团队已经开发出一种基于新型行为生物识别的枪支安全系统，我们称之为动态握力识别器?（DGR）。研究小组证实，在不同时间点，用户对手枪的握把和扳机为一体的枪支造成的压力模式，是可重复和可衡量的。
我们的原型枪支可检测用枪者前1/10秒的扳机力进而对枪进行解锁，并且不会对射击造成明显的滞后。由于DGR仅在正确持有武器并扣动扳机时运作，所以该方法还可以减少在对装有子弹的枪支处理不当造成的意外点火。
可靠性——我真的可以相信你吗？
可靠性一直是电子枪安全系统讨论的重点。
射击武器内部并不适于电子产品，但目前大量证据表明含电子软件的加固电路的故障率低于机械武器的预期的故障率（介于1/1000和1/10,000之间，取决于武器的精度和质量）。
显然供电情况也是一个问题。但微处理器技术和电池存储已经因智能手机和便携式电子设备的发展而有所进步，解决这个问题就简单了。运动检测和唤醒软件可以减少存储时的电池损耗。整合电源与弹药夹，甚至通过机械循环来充电都是解决因能量损耗造成的发射失败时的可取方案。
对于生物识别系统，还有一个因素需要考虑：识别算法失误。即合法用户无法识别或者冒名顶替者被错误认证的误报等假阴性结果。不过，指纹识别器的识别率据称高达99.99%(1/10,000的错误率)。
随着传感器技术阵列的增长（技术的发展），人们可能会想要某种多用传感器或多多谱段法作为最佳的生物识别系统。这样的检测方法可以结合不同独立测量的可靠性。例如，一个错误率是1/10,000的指纹传感器，加上错误率是1/1000的动态握力识别器，这就产生了1/（10,000*1000）或者说1/10,000,000的故障率。
我们将会买到这样的枪支吗？
纵观20年的关于“智能枪支”的讨论，这个话题一直都是支持持有枪支和反对持有枪支集团的热议话题。但事实上，争论双方往往并不了解枪支背后的技术，它们适当使用的条件和设计限制。
个性化武器技术有助于减少由于意外或未授权的武器使用造成的伤亡。但它不是万能的——它不能阻止像在弗吉尼亚理工大学、奥罗拉或桑迪胡克这些地方发生的这类事件，在这些地方武器可以合法购买和使用。但个性化武器技术至少可以确保他们的武器不会落入坏人之手。
现有的证据表明，智能枪并不仅仅是一个科学幻想，它迟早会成为可以购买的商品。NIJ近期的一项调查显示，目前有13种不同的个性化武器系统，其中至少有3种通过了商业试生产认证。总统奥巴马的举措可能会加速这项技术的发展，促进私人投资，从而加速这些技术的可靠性和经济性，促进消费者对这项技术的接受程度。
作者简介：Donald Sebastian是新泽西理工学院化学生物与制药工程教授。
原文链接【科学美国人博客】：
https://theconversation.com/what-makes-a-smart-gun-smart-52853
（翻译：曾梓浩 审校：海带丝）
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