機(jī)械戰(zhàn)士，出擊

在科幻電影和漫畫世界里，經(jīng)常會有機(jī)械人的身影。這些機(jī)械人或者是由人直接控制的機(jī)器人（《環(huán)太平洋》中的機(jī)甲戰(zhàn)士），或者是部分身體已經(jīng)由機(jī)械構(gòu)成的人（機(jī)械戰(zhàn)警），或者是人和機(jī)器人達(dá)成的完美組合（鋼鐵俠）。在影片中，機(jī)械人的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超于人類本身，最終英雄擊退邪惡勢力，取得最終的勝利也成為影視劇中不變的結(jié)局。

在現(xiàn)實(shí)生活中，人和機(jī)械的結(jié)合到了什么程度？能和電影里一樣酷炫嗎？這一期，我們將來領(lǐng)略人類與機(jī)械相融合的最前沿科技。

電影中的景象總是令人激情澎湃。它們很多來源于生活的靈感，卻又遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)實(shí)狀態(tài)。人類和機(jī)械的完美結(jié)合是不少人的夢想，但在現(xiàn)實(shí)中，人類和機(jī)械的融合遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有那么如夢如幻。你也許會對此很失望，但今天的研究，正是向著夢想而前進(jìn)。

人類與機(jī)械的融合

所謂人類與機(jī)械相融合，指的不是人類操縱方向盤駕駛汽車，或是晃動操縱桿駕駛飛機(jī)這樣的操作。真正的人機(jī)相融，是機(jī)械成為身體的一部分，能夠隨心而動。就像人不假思索就可以活動手腳、走路奔跑那樣。

現(xiàn)在，將大腦（brain）和機(jī)械（machine）連接起來的腦機(jī)接口技術(shù)BMI（brain machine interface）的研發(fā)正在進(jìn)行著。

腦電波是由大腦發(fā)出的、在頭皮上能檢測到的微弱的電氣信號。用機(jī)械檢測出這些電氣信號，再根據(jù)這些電氣信號的不同，就有可能操控機(jī)械做不同的動作。

腦電波控制的電動輪椅

鋼鐵俠托尼·斯塔克，用腦電波就可和他的鋼鐵衣交流、一起攻擊敵人?，F(xiàn)實(shí)中的人機(jī)相融遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到這種高科技?？茖W(xué)人員目前研究的，還是一些相對簡單、實(shí)用的人機(jī)互動技術(shù)，比如用意念控制輪椅。

普通輪椅是用手轉(zhuǎn)動車輪，讓腿腳不便的人也可以移動。此外還有不必費(fèi)力轉(zhuǎn)動車輪的電動輪椅。但如果身體完全動彈不了的話，就連電動輪椅也無法使用。日本科研人員研發(fā)出的智能輪椅就不同了，這是一種用腦電波控制電動輪椅的技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)只靠意念就能控制電動輪椅的活動。

想著“休閑”的場景，輪椅向左拐

腦電波操控的電動輪椅能進(jìn)行“右拐”、“左拐”、“前進(jìn)”、“?！钡炔僮?。使用者經(jīng)過意念訓(xùn)練后，就能通過自己的意念操控輪椅了。但如果沒有經(jīng)過訓(xùn)練，初次使用者雖然想著“向右拐”、“向左拐”，但檢測出來的腦電波幾乎沒有差別，因此要準(zhǔn)確地操控輪椅是很困難的。

要想象哪種場景，即使是初次使用者，也能輕易地產(chǎn)生不同的腦電波呢？

為了能輕易地產(chǎn)生不同的腦電波，對于初次使用者，會讓他想象運(yùn)動和休閑的場景、喜歡的事物，或是進(jìn)行計算。

當(dāng)想象與運(yùn)動相關(guān)的事物時，在運(yùn)動時活躍的腦部運(yùn)動區(qū)域就會開始活動；當(dāng)進(jìn)行計算時，腦部的前額葉就開始活動；放松時，腦部比較容易出現(xiàn)a波……這樣，就容易產(chǎn)生不同的腦電波。

在所得到的腦電波中，選差別最大的2種腦電波。利用這2種腦電波產(chǎn)生時想象的畫面，來操控電動輪椅。如果用這樣的方法，即使是初次使用者，操控準(zhǔn)確率也能達(dá)到90%以上。

將來，用腦電波控制裝在身體上的機(jī)械很可能廣泛應(yīng)用。為了能做出更復(fù)雜的動作，必須檢測出腦電波的更多差別，不僅是左右兩個方向，還要能做出更多的指示才行，我們期待著這一天的到來。

用肌肉產(chǎn)生的電氣操縱機(jī)械臂

身體發(fā)出的信號不僅只有腦電波，從皮膚上也能檢測到由肌肉產(chǎn)生的“肌電”。目前，科學(xué)家們正在研究“肌電”對“假手”的操作。

假肢是因事故、疾病等原因失去手的人所配備的裝置。以往的假手雖然看上去是手的形狀，但只能做抓放等簡單的動作，無法像真手那樣做出復(fù)雜的動作。因此，目前科學(xué)家在研制“肌電假手”。

活動手指、扭動手腕這些動作都和手臂的肌肉有關(guān)。因此，即使沒有了手，如果想活動手指和手，手臂肌肉還是會和有手時一樣的活動，同時產(chǎn)生肌電。通過檢測肌電，就能重現(xiàn)以往的假手所無法做出的復(fù)雜動作。

因為能做出復(fù)雜的動作，所以失去手臂的人如果裝上了這樣的肌電假手，就有可能在一定程度上恢復(fù)到?jīng)]失去手之前的生活中去。

讓觸覺再現(xiàn)，操作更方便的假手

但是，僅僅是感知肌電，讓假手做出復(fù)雜的動作，這點(diǎn)還不夠。

我們?nèi)说氖植粌H能動、能做幾個抓取的動作，還能將指尖、手掌的觸覺傳遞給大腦。因此，未來肌電假手的發(fā)展趨勢是有具備觸覺的功能。

當(dāng)肌電假手的指尖觸碰到物體時會產(chǎn)生觸覺，將這種觸覺變?yōu)殡姎獯碳?，再傳遞給使用者。對于使用者來說，觸覺傳來的電氣信號會有一點(diǎn)點(diǎn)刺痛感，但有了這一點(diǎn)，人和機(jī)械的融合就又進(jìn)了一步。

研究顯示，在沒有觸覺刺激回傳的時候，使用者為了熟練操作肌電假手，大腦會滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，因此很容易感到疲勞。但當(dāng)有觸覺刺激回傳時，大腦的活動部位減少很多。這樣，即使使用肌電假手也不容易感到疲勞。所以，回傳觸覺刺激是很重要的。

對大腦產(chǎn)生影響的輸入型BMI

將觸覺以電氣刺激的形式回傳，如果能對大腦活動產(chǎn)生影響的話，就可以有效地運(yùn)用于腦部疾病的治療。

腦中風(fēng)患者的部分大腦會無法活動，即使身體上沒問題，大腦也無法發(fā)出指令指揮身體活動，這樣就造成了癱瘓。為治療這種疾病，必須要硬逼著身體活動，重新構(gòu)建新的腦神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)，對此，科學(xué)家們正考慮運(yùn)用輸入型的BMI。

腦中風(fēng)是因腦部出血、血管堵塞等原因使得血液無法正常傳遞，導(dǎo)致部分神經(jīng)細(xì)胞死亡。死去的神經(jīng)細(xì)胞無法再發(fā)出指令，于是造成了身體癱瘓。一直以來，治療身體癱瘓的方法是對無法活動的部位進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，重新構(gòu)建神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)。把刺激回傳給使用者的輸入型BMI可以運(yùn)用在這個地方。

比方說，為治療手部癱瘓，可以把檢測到的正常的手的肌電信號傳回給大腦，來促進(jìn)腦部神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)的建立。對于腳部癱瘓，可以對腳部肌肉加以電氣刺激，促使其活動，也可以重新構(gòu)建走路所需的神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)。該系統(tǒng)的研發(fā)正在進(jìn)行中。

BMI作為操控機(jī)械的技術(shù)，其研究開發(fā)還在進(jìn)行著。我們期待今后能借助機(jī)械操作，對使用者的身體進(jìn)行治療。

用人造眼再現(xiàn)光明

我們的視網(wǎng)膜上有許多視覺細(xì)胞，它們接收到光后，會把這些情報傳遞給眼睛的神經(jīng)細(xì)胞。如果能對視網(wǎng)膜的神經(jīng)細(xì)胞和大腦里主管視覺的視覺區(qū)域，直接加以電氣刺激，將照相機(jī)拍到的畫面?zhèn)鬟f給它們，那么即使失明了，也可以重新生成視覺。

在歐美，已經(jīng)將此技術(shù)實(shí)用化了。但是，目前的人造眼的電極還算不上很精細(xì)。因為電極在刺激神經(jīng)時，要把照相機(jī)拍攝到的畫面分割后傳遞，電極的數(shù)量太少的話，傳送的畫面就很粗糙。

將來，或許能制造出1 000多個電極的人造眼，但即使那樣，畫面還是粗糙，因此我們期待著運(yùn)用納米技術(shù)，開發(fā)出能形成更精細(xì)視覺畫面的電極。

再生醫(yī)療的研究

目前人類身體的殘缺，主要還是考慮用機(jī)械來彌補(bǔ)，比如假肢。

壁虎的尾巴斷了，還可以再長出來；蚯蚓被割開，就變成了兩只蚯蚓。人們非常羨慕這些動物們的再生能力，所以在影視作品中，也經(jīng)常會出現(xiàn)這樣的劇情。

在《蜘蛛俠》中，康納斯教授從爬蟲動物的再生功能中得到了靈感，通過提煉蜥蜴的DNA，發(fā)明了一種藥物，他因此得到了新的手臂?？墒?，他無法控制這種藥物的負(fù)作用，他的身體每到夜間就開始變異成蜥蜴的樣子瘋狂破壞。慢慢的他有了越來越多的蜥蜴習(xí)性，再也無法回復(fù)人型了。

電影中的變異令人恐怖，但利用生物的再生能力，讓臟器復(fù)蘇的再生醫(yī)學(xué)的研究卻在不斷地發(fā)展中。

再生醫(yī)療的方法多種多樣，比如，在事故中手指被切斷了，用添加“細(xì)胞外間質(zhì)”（骨膠原、透明質(zhì)酸、纖維連接蛋白）的方法，能夠讓指尖重新生長出來。而這方面的研究也仍在繼續(xù)。