萬(wàn)眾矚目的巴西世界杯6月13日在爭(zhēng)議中拉開帷幕,。耗資900萬(wàn)美元的開幕式乏善可陳,，簡(jiǎn)陋的表演,、平庸的主題曲,、糟糕的音響效果,，無(wú)不引發(fā)眾人吐槽,。
如果一定要說有什么亮點(diǎn)的話,，那便是28歲的截癱青年朱利亞諾·平托身穿“機(jī)械戰(zhàn)甲”，為本屆世界杯開出第一球,。這無(wú)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(dòng)人的一刻。
“真正行走的感覺”
平托的這件機(jī)械“戰(zhàn)袍”相當(dāng)拉風(fēng),，頗具未來(lái)色彩,，和好萊塢大片中的“超級(jí)戰(zhàn)甲”有得一拼。它的學(xué)名叫“外骨骼”,，由來(lái)自25個(gè)國(guó)家的150多名科學(xué)家聯(lián)合打造,，是非營(yíng)利國(guó)際合作項(xiàng)目“再次行走計(jì)劃”的一個(gè)研究成果。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,、美國(guó)杜克大學(xué)巴西籍神經(jīng)科學(xué)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(hào)傳感器,。當(dāng)平托的大腦發(fā)出指令后,，這些意念信號(hào)經(jīng)由無(wú)線傳輸?shù)奖嘲鼉?nèi)一臺(tái)筆記本大小的計(jì)算機(jī)裝置中,，處理之后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)指令，驅(qū)動(dòng)液壓活塞,，完成開球動(dòng)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(zhuǎn)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,。”如此命名,，顯然是為了凸顯其在“外骨骼”研究領(lǐng)域里的開創(chuàng)意義,。
在“備戰(zhàn)”世界杯開幕式的最后幾個(gè)月里，研究小組找了8名截癱病人實(shí)驗(yàn)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(jī)器驅(qū)動(dòng)著”,。這意味著他們不僅能利用大腦控制自己的行動(dòng)，而且能通過仍有知覺的手臂獲得來(lái)自設(shè)備的反饋,，這是一個(gè)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(jī)器人技術(shù)研究領(lǐng)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(gè)‘幻影肢體’,。”
“這實(shí)際上也是我們這個(gè)項(xiàng)目開出的‘第一球’,。16個(gè)月以來(lái),，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(jī)交互’領(lǐng)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(wàn)美元，市場(chǎng)價(jià)高達(dá)5-10萬(wàn)美元,。目前,，“外骨骼”技術(shù)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,。
巴西著名神經(jīng)科學(xué)家米格爾·尼科萊利斯展示了自己領(lǐng)軍的神經(jīng)裝置項(xiàng)目“再次行走計(jì)劃”，這個(gè)項(xiàng)目所制造的神經(jīng)設(shè)備可以讓截癱,、癱瘓病人通過神經(jīng)控制下肢行走
突破還是作秀,？
當(dāng)“機(jī)械戰(zhàn)甲”要為世界杯開球的消息傳出時(shí)，各方質(zhì)疑紛至沓來(lái),。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(zhǔn)確的評(píng)價(jià),。美國(guó)密歇根大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家,、生物醫(yī)學(xué)工程師丹尼爾·菲利斯就表示，會(huì)不會(huì)是一個(gè)脊椎部分受損,、自己仍能勉強(qiáng)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(yùn)動(dòng)在多大程度上由使用者的大腦控制?！敖Y(jié)果就是,，他們說什么，你就只能信什么了,?！?/p>
對(duì)于腦機(jī)交互領(lǐng)域的研究者來(lái)說，這次展示的實(shí)際科研意義究竟有多大,，主要取決于人腦對(duì)這套機(jī)械“外骨骼”的控制程度,。如果大腦僅僅能夠發(fā)出“啟動(dòng)”或“停止”指令，然后由“外骨骼”按照預(yù)先設(shè)定好的程序完成一系列動(dòng)作,，那么這套裝備就談不上什么突破,，因?yàn)槟壳暗目蒲兴酱笾戮褪侨绱?；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(yùn)動(dòng)非常精細(xì)地調(diào)整自己的動(dòng)作,，那么將是一個(gè)非常重大的突破,。
對(duì)此，尼科萊利斯表示,，他無(wú)法用一個(gè)百分比來(lái)劃分機(jī)械“外骨骼”究竟幾分由人腦控制,，幾分由機(jī)器人自動(dòng)完成，但能肯定的是：“沒有人,，就沒有動(dòng)作,。”世界杯上展示的機(jī)械“外骨骼”采用的是基于腦電圖學(xué)的交互技術(shù),，使用者必須先想象要做什么動(dòng)作,，走路，還是踢球,？這一決定將激活“外骨骼”完成相應(yīng)動(dòng)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(dá)“高級(jí)指令”,，由機(jī)器人執(zhí)行“低級(jí)動(dòng)作”,。而在實(shí)際操作中，使用者將處理來(lái)自“外骨骼”的反饋信息,，這是一種“共生關(guān)系”,。
不過，他指出,，在為世界杯做準(zhǔn)備的最后幾個(gè)星期里，有幾名實(shí)驗(yàn)者確實(shí)能夠通過大腦控制“外骨骼”的速度,。他表示,，將發(fā)表相關(guān)論文，宣布這一實(shí)驗(yàn)的新進(jìn)展,?！拔覀?yōu)椴∪顺鮿?chuàng)了一套‘腦語(yǔ)言’，能讓他們控制各種動(dòng)作,?！?/p>
尼科萊利斯曾考慮過直接在人腦中植入腦電信號(hào)電極來(lái)控制機(jī)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(hào)電極頭盔,，這種方法可以集中收集上百萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元發(fā)出的信號(hào)。
科學(xué)家們?nèi)绱私忉寖烧叩牟煌喝绻咽占竽X神經(jīng)元信號(hào)想象成錄制交響樂演出,，植入式是在個(gè)別樂手前單獨(dú)放置麥克風(fēng)錄音,，而非植入式則是在音樂廳外,，用一個(gè)麥克風(fēng)錄制整個(gè)樂團(tuán)的演奏。
尼科萊利斯此番之所以放棄植入式電極,，是因?yàn)檫@一技術(shù)仍存在潛在危險(xiǎn),，目前尚處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)進(jìn)展,。他們?cè)O(shè)計(jì)的新型植入式電極能同時(shí)無(wú)線記錄512個(gè)頻道,，這是前所未有的進(jìn)步。實(shí)驗(yàn)猴子可以通過大腦操控輪椅,，完成各種動(dòng)作,。
“機(jī)械戰(zhàn)甲”為世界杯開球
殘奧會(huì)上，再見,！
除醫(yī)療領(lǐng)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(jī)械鎧甲所向披靡,，其實(shí)就是一種“外骨骼”機(jī)器人。它不僅可以保護(hù)支撐肢體和器官,，還能提供額外動(dòng)力,，增強(qiáng)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(dòng)作,，執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)。
目前最具潛力的“外骨骼”技術(shù)應(yīng)用之一當(dāng)屬美國(guó)雷神公司的軍用“外骨骼”XSO2,。穿上這套機(jī)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(dá)七八厘米的木板,。
最近，日本ACTIVELINK公司正研發(fā)一款增力機(jī)械“外骨骼”,，其最終目標(biāo)是開發(fā)出小型化,、可搬運(yùn)超過100千克重物的機(jī)械“外骨骼”，應(yīng)用于救災(zāi)和建筑施工等領(lǐng)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(shù)難點(diǎn)不同,。前者是要符合人體結(jié)構(gòu),，后者則是如何提取腦電信號(hào)。
目前,，“外骨骼”技術(shù)的應(yīng)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(lái),，眼下最大的障礙卻來(lái)自記者?！坝刑嗟谋^主義者看不到這項(xiàng)科研成果對(duì)于一個(gè)發(fā)展中國(guó)家來(lái)說意味著什么,，有多么廣闊的前景。他們把科學(xué)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(xué)正努力讓人類變得更美好?！?/p>
當(dāng)被問到為什么選擇在世界杯開幕式上進(jìn)行“外骨骼”技術(shù)的處女秀時(shí),，尼科萊利斯說：“因?yàn)槭澜绫褪前臀鳎臀骶褪鞘澜绫?。沒有哪個(gè)國(guó)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(yùn)會(huì)上,，我們還會(huì)有驚喜,。那也是在巴西。別著急,，到時(shí)候見,。”
