“機械戰(zhàn)甲”為世界杯開球

萬眾矚目的巴西世界杯6月13日在爭議中拉開帷幕。耗資900萬美元的開幕式乏善可陳，簡陋的表演、平庸的主題曲、糟糕的音響效果，無不引發(fā)眾人吐槽。

如果一定要說有什么亮點的話，那便是28歲的截癱青年朱利亞諾·平托身穿“機械戰(zhàn)甲”，為本屆世界杯開出第一球。這無疑是世界杯歷史上最具科技含量的一腳，也是25分鐘開幕式上最動人的一刻。

“真正行走的感覺”

平托的這件機械“戰(zhàn)袍”相當拉風，頗具未來色彩，和好萊塢大片中的“超級戰(zhàn)甲”有得一拼。它的學名叫“外骨骼”，由來自25個國家的150多名科學家聯(lián)合打造，是非營利國際合作項目“再次行走計劃”的一個研究成果。

項目負責人、美國杜克大學巴西籍神經(jīng)科學家米格爾·尼科萊利斯說，平托的這件“外骨骼”由肢體輔助裝置和神經(jīng)傳感系統(tǒng)組成，頭盔和身體上均裝有神經(jīng)信號傳感器。當平托的大腦發(fā)出指令后，這些意念信號經(jīng)由無線傳輸?shù)奖嘲鼉?nèi)一臺筆記本大小的計算機裝置中，處理之后轉化為相應指令，驅動液壓活塞，完成開球動作。

研究小組將這款“外骨骼”命名為“Bra-Santos Dumont”?！癇ra”代表“巴西”，“Santos Dumont”代表巴西發(fā)明家亞伯托·桑托斯·杜蒙。杜蒙是第一位制造出能轉彎飛行飛艇的巴西人，也是駕駛飛艇繞埃菲爾鐵塔飛行一周的第一人?！比绱嗣?，顯然是為了凸顯其在“外骨骼”研究領域里的開創(chuàng)意義。

在“備戰(zhàn)”世界杯開幕式的最后幾個月里，研究小組找了8名截癱病人實驗這套“戰(zhàn)袍”，均成功行走，并踢出了足球。不僅如此，這些病人紛紛表示，那是一種“真正行走的感覺，而不是被機器驅動著”。這意味著他們不僅能利用大腦控制自己的行動，而且能通過仍有知覺的手臂獲得來自設備的反饋，這是一個嶄新的發(fā)現(xiàn)。

“‘外骨骼’由意念控制，并將信息反饋給佩戴者，這在機器人技術研究領域中并不多見，”尼科萊利斯說，“他們都有這種‘幻影’知覺，就好像擁有一個‘幻影肢體’?！?/p>

“這實際上也是我們這個項目開出的‘第一球’。16個月以來，我們從零開始，現(xiàn)在已經(jīng)有了一定成果，可以向世人展示。我們想告訴大家的是：‘腦機交互’領域大有可為，”尼科萊利斯說。

據(jù)悉，這套裝備重10公斤，系統(tǒng)成本為2萬美元，市場價高達5-10萬美元。目前，“外骨骼”技術仍處于早期階段，要想成熟后全面投入使用，至少還要等一二十年。

突破還是作秀？

當“機械戰(zhàn)甲”要為世界杯開球的消息傳出時，各方質(zhì)疑紛至沓來。很多人打賭說，這次展示沒什么新鮮的，純粹是嘩眾取寵。

外行看熱鬧，內(nèi)行看門道。不過，僅從電視畫面觀看，就算是專業(yè)研究者，也很難做出準確的評價。美國密歇根大學神經(jīng)科學家、生物醫(yī)學工程師丹尼爾·菲利斯就表示，會不會是一個脊椎部分受損、自己仍能勉強行走的人，只是借助“外骨骼”輔助行走呢？

如果是這樣的話，就很難判斷“外骨骼”究竟發(fā)揮了多大作用，而且也很難說“外骨骼”的運動在多大程度上由使用者的大腦控制?！敖Y果就是，他們說什么，你就只能信什么了?！?/p>

對于腦機交互領域的研究者來說，這次展示的實際科研意義究竟有多大，主要取決于人腦對這套機械“外骨骼”的控制程度。如果大腦僅僅能夠發(fā)出“啟動”或“停止”指令，然后由“外骨骼”按照預先設定好的程序完成一系列動作，那么這套裝備就談不上什么突破，因為目前的科研水平大致就是如此；但如果使用者可以通過“外骨骼”以正常的步速和姿態(tài)行走，并且可以根據(jù)足球的運動非常精細地調(diào)整自己的動作，那么將是一個非常重大的突破。

對此，尼科萊利斯表示，他無法用一個百分比來劃分機械“外骨骼”究竟幾分由人腦控制，幾分由機器人自動完成，但能肯定的是：“沒有人，就沒有動作?！笔澜绫险故镜臋C械“外骨骼”采用的是基于腦電圖學的交互技術，使用者必須先想象要做什么動作，走路，還是踢球？這一決定將激活“外骨骼”完成相應動作。

尼科萊利斯在2012年發(fā)表的一篇論文中討論過這種“分享控制”理論，由人腦下達“高級指令”，由機器人執(zhí)行“低級動作”。而在實際操作中，使用者將處理來自“外骨骼”的反饋信息，這是一種“共生關系”。

不過，他指出，在為世界杯做準備的最后幾個星期里，有幾名實驗者確實能夠通過大腦控制“外骨骼”的速度。他表示，將發(fā)表相關論文，宣布這一實驗的新進展?！拔覀?yōu)椴∪顺鮿?chuàng)了一套‘腦語言’，能讓他們控制各種動作。”

尼科萊利斯曾考慮過直接在人腦中植入腦電信號電極來控制機器人肢體，但最終還是放棄了。這次平托穿戴的是非植入式腦電信號電極頭盔，這種方法可以集中收集上百萬個神經(jīng)元發(fā)出的信號。

科學家們?nèi)绱私忉寖烧叩牟煌喝绻咽占竽X神經(jīng)元信號想象成錄制交響樂演出，植入式是在個別樂手前單獨放置麥克風錄音，而非植入式則是在音樂廳外，用一個麥克風錄制整個樂團的演奏。

尼科萊利斯此番之所以放棄植入式電極，是因為這一技術仍存在潛在危險，目前尚處于動物實驗階段。最新一期《自然方法》上刊登了尼科萊利斯小組的最新實驗進展。他們設計的新型植入式電極能同時無線記錄512個頻道，這是前所未有的進步。實驗猴子可以通過大腦操控輪椅，完成各種動作。

殘奧會上，再見！

除醫(yī)療領域外，“外骨骼”還有其他用武之地。近期熱映的好萊塢大片《明日邊緣》里，阿湯哥身穿機械鎧甲所向披靡，其實就是一種“外骨骼”機器人。它不僅可以保護支撐肢體和器官，還能提供額外動力，增強技能，甚至可以讓普通人像“鋼鐵俠”一樣，完成超越極限的高難度動作，執(zhí)行作戰(zhàn)任務。

目前最具潛力的“外骨骼”技術應用之一當屬美國雷神公司的軍用“外骨骼”XSO2。穿上這套機械戰(zhàn)甲，可以輕松完成上千次俯臥撐，輕而易舉地舉起100千克重物，單手劈開厚達七八厘米的木板。

最近，日本ACTIVELINK公司正研發(fā)一款增力機械“外骨骼”，其最終目標是開發(fā)出小型化、可搬運超過100千克重物的機械“外骨骼”，應用于救災和建筑施工等領域。

據(jù)介紹，正常人穿戴的“外骨骼”和殘疾人穿戴的“外骨骼”，技術難點不同。前者是要符合人體結構，后者則是如何提取腦電信號。

目前，“外骨骼”技術的應用還存在持續(xù)供能、高成本、小型化等諸多棘手問題。不過，在尼科萊利斯看來，眼下最大的障礙卻來自記者?！坝刑嗟谋^主義者看不到這項科研成果對于一個發(fā)展中國家來說意味著什么，有多么廣闊的前景。他們把科學家視為一幫研制炸彈和殺人武器的家伙。我們需要向世人證明，科學正努力讓人類變得更美好。”

當被問到為什么選擇在世界杯開幕式上進行“外骨骼”技術的處女秀時，尼科萊利斯說：“因為世界杯就是巴西，巴西就是世界杯。沒有哪個國家能像巴西那樣完美呈現(xiàn)足球之美。這是最合乎情理的決定。在殘疾人奧運會上，我們還會有驚喜。那也是在巴西。別著急，到時候見?！?/p>