一半人身，一半機器

2014巴西世界杯開幕式一結(jié)束，網(wǎng)上就開始流傳關(guān)于“開幕式上尷尬瞬間”的段子，其中一條是“幾乎所有媒體都錯過了這個激動人心的開球”。之所以令人激動，是因為這一腳球竟由一位截癱的巴西青年踢出。然而當鏡頭終于從熱鬧的開場舞蹈轉(zhuǎn)向開球一刻時，準確地說，它已經(jīng)錯過了那一刻，因為足球已經(jīng)被踢了出去，并且被“裁判”抱起。

相較之前令人憧憬的宣傳與動畫演示，這短短幾秒沒抓到重點的轉(zhuǎn)播畫面確實“糟心”，畢竟，那本該是一個“見證奇跡的時刻”。

用意念開球

奇跡來自美國杜克大學(xué)“再次行走（WalkAgain）”項目的研究成果——被命名為BRA-Santos Dumont 的“腦控外骨骼”。更直白些，就是一款由腦電波控制的可穿戴機器人。

這款重約10公斤的BRA-Santos Dumont包裹著28歲的諾平托，讓他看起來頗具科幻色彩。

離開輪椅后，BRA-Santos Dumont的機動化金屬支撐結(jié)構(gòu)支撐著諾平托的大腿，使他得以“站立”在地面上。緊接著，這位截癱青年的大腦發(fā)出“開始走路”的信號，頭盔負責捕捉這一意念，并以無線方式傳輸給諾平托背著的一臺筆記本大小的計算機裝置。之后，計算機將接收到的大腦信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字化的行動指令，使機械腿開始模擬腿部肌肉進行前后運動。對諾平托來說，他開始“走路”了。完成這一切只用了300毫秒，也就是0.3秒。

同樣的原理，當諾平托走到足球面前時，他只要在腦中不斷想象抬腳踢球，BRA-Santos Dumont的機械腳就會執(zhí)行動作，把這個腦中的畫面變成現(xiàn)實。

能夠接收到意念的秘密在于BCI——腦機交互接口。隨著科技的發(fā)展，這一技術(shù)已經(jīng)沒有看起來那么可怕。曾經(jīng)，要使機械外骨骼讀取到人體神經(jīng)信號，需要將電極植入腦內(nèi)才能實現(xiàn)，但現(xiàn)在只需將電極貼片貼在頭皮上。用于開球的“腦控外骨骼”的頭盔中就布滿了此類非植入式腦電信號電極，以此讀取使用者的腦電波信號，也就是大腦神經(jīng)元所發(fā)出的信號。

為了使沒有腳的諾平托在踢球時得到更真實的感受，BRA-Santos Dumont研發(fā)團隊還在外骨骼機身與頭盔上安裝了傳感器，它們被用于“感覺”機械腳接觸足球以及落地時的力量，并通過振動電機反饋給諾平托的大腦。

然而，盡管能夠完成踢球動作已經(jīng)是科研水平的一大進步，也并不意味著機械外骨骼可以隨著意念為所欲為。事實上，在完成一個動作之前需要大量的試驗，為的就是能夠采集到產(chǎn)生那個動作思維時使用者的腦電波信號，并記錄下其中的相關(guān)特征。如此一來，當頭盔再次捕捉到具有這個特征的信號并將它傳輸出去時，計算機就能夠分辨出使用者想要執(zhí)行的動作，從而產(chǎn)生一個控制機械外骨骼動作的信號。

但無論如何，巴西世界杯開幕式上這一高科技的展示，仍舊將一個訊息帶給了全球數(shù)十億的觀眾：大腦控制機器已不僅僅是實驗室里的演示或是存在于電影中的幻想，那些因外傷或疾患而致殘的人們，很有可能再次獲得自由行動的能力。

成為鋼鐵俠

就機械外骨骼本身而言，幫助殘疾人士只是研究的一個方面，除此之外，它還有更誘人的應(yīng)用前景。比如，像好萊塢大片中霸氣的鋼鐵俠那樣，借由機械上身獲得非一般的能量。

美國雷神公司發(fā)布的第二代外骨骼機械軍用裝備XOS2就被賦予“鋼鐵俠戰(zhàn)衣”的美稱。它重達90公斤，然而士兵在“穿”上它后，只會更加“自由”——借助于這種機械外骨骼，最高可以把使用者的力量增強17倍——一名士兵可輕松將200磅（約90公斤）的重物舉起幾百次而不會感到疲勞，能夠重復(fù)擊穿3英寸（約7.6厘米）厚的木板，就連負重做上千個俯臥撐也絕對不是問題。

使用時，XOS2上的動作感應(yīng)器會感應(yīng)到人體動作，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X進行計算，電腦發(fā)布相應(yīng)的動作指令給各個聯(lián)動裝置，再通過液壓助力系統(tǒng)，完成士兵想實現(xiàn)的動作。并且?guī)缀跻呀?jīng)可以達到無延遲的效果。

諸如此類的為大幅提高單兵戰(zhàn)斗力而研發(fā)的還有HULC（人體負重外骨骼系統(tǒng)）、HAL5（機器助力服）等，然而受困于電源續(xù)航能力差、造價昂貴以及防護能力低等因素，打造“鋼鐵俠戰(zhàn)士”仍需時日。

相比之下，機械外骨骼在民用領(lǐng)域的應(yīng)用更為成功。應(yīng)用此技術(shù)的機器看起來更像是《阿凡達》中的AMP服，即在駕駛艙中的人本身就是操作桿，套進具有傳感系統(tǒng)的機械“袖子”后，只要揮動自己的手臂，就能使艙外的機械手做出相同的動作。它們多出現(xiàn)在救援現(xiàn)場，可以迅速清理現(xiàn)場的瓦礫碎片并盡快找到幸存者。

有如神奇的機械外骨骼，隨著科技發(fā)展，人的智能與機器有了更為親密的結(jié)合，而科幻世界也就因此離我們更近了。

本欄目責任編輯： 李俏云（lqy5211314@126.com）