癱瘓少年變身“鋼鐵俠”

白楊

2014年巴西世界杯開幕式上負責開球的不是著名足球明星，而是一位癱瘓的巴西少年。在開幕式上，當看到這名癱瘓少年從容不迫地從輪椅上站起來大腳開球時，在場的人無不瞠目結(jié)舌，而他身上的“行頭”也引起了所有人的關(guān)注。這里面到底有什么玄機呢？原來他是借助先進的機械外骨骼裝置，通過大腦意念的控制從輪椅上站起來大腳開球的。這也是科技史上首個實現(xiàn)機械外骨骼裝置受癱瘓患者大腦活動控制的案例。

外骨骼裝置的原理

這套裝置通過患者大腦意識活動產(chǎn)生的信號進行控制，大腦活動信號由放置在患者大腦皮層上的電極探測到。信號被無線傳輸至使用者攜帶的計算機系統(tǒng)上，再轉(zhuǎn)換成機械動作。傳感器連接機械外骨骼機構(gòu)，能夠?qū)⒂|覺、溫度和力量信息反饋至使用者，相關(guān)的信息可反饋在視頻顯示器或者振動電機上。

要想讀取大腦中的指令，需要把電極直接植入癱瘓患者的大腦中。在放置電極時，不僅要把電極植入顱骨下的腦組織內(nèi)，而且要使電極能同時探測大腦皮層上的更多神經(jīng)元。運動皮層是大腦內(nèi)負責產(chǎn)生運動指令的區(qū)域，它發(fā)出的指令通常會傳遞到脊髓，控制和協(xié)調(diào)肌肉活動，因此很多電極都會被植入運動皮層。一些神經(jīng)科學(xué)家認為，通過腦電圖等無創(chuàng)手段來記錄大腦活動，可以反映出意識和肌肉之間的對應(yīng)關(guān)系，但目前這個想法還沒有實現(xiàn)。

要處理來自傳感器的海量數(shù)據(jù)，還要為癱瘓患者專門研制出新一代神經(jīng)芯片。這些芯片與微電極一同植入患者大腦后，它們就可以提取出控制全身外骨骼所需要的初始運動指令。在數(shù)字指令的驅(qū)動下，穿著外骨骼的患者會逐漸邁開步子，調(diào)節(jié)自身行進的速度，甚至可以屈膝、彎腰、爬樓梯。外骨骼的機電回路可以直接調(diào)整假肢的位置，不需要神經(jīng)信號的參與。

外骨骼設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域

美國國防部投資五千萬美元為地面部隊開發(fā)外骨骼套裝，這種可穿戴的機器人系統(tǒng)能夠使士兵跑得更快、攜帶更重的武器以及跳過較大的障礙物。外骨骼系統(tǒng)能夠提高士兵的力量和速度，而且還能通過內(nèi)置的計算機輔助士兵在國外領(lǐng)土行軍。此外，美國宇航局的工程師們已經(jīng)開發(fā)出了一種機器人外骨骼，可以在太空和地球兩種環(huán)境里使用。隨著技術(shù)的進步，這種機械外骨骼的成本也會逐漸降低，進入普通人的生活當中，成為取代輪椅的新型裝備。

熟練使用外骨骼還需要訓(xùn)練

這種類似太空服的機械外套，不僅穿起來舒適靈活，還能支撐起穿著者的身體，起到脊柱的作用。球員的身體一旦與外骨骼發(fā)生作用，大腦便會把這個機械外套當作球員身體的一部分。在訓(xùn)練時，球員通過與地面的連續(xù)接觸，感知機械腿的位置，積累感覺經(jīng)驗，這樣才能夠在球場或人行道上熟練地邁開步子。

利用意念進行控制的其他案例

2012 年，中國浙江大學(xué)研究人員開發(fā)出了一項用腦波來控制直升飛機的技術(shù)。研究人員稱，帶上頭盔后，他們可以通過想“用力左轉(zhuǎn)”來使飛機啟動或著陸，通過想 “左”使直升機順時針旋轉(zhuǎn)，想“右”使飛機前進，想“推”使飛機抬升。今年年初，美國科研人員利用一只猴子的思想成功遠程操控了另一只猴子的肢體動作，這是首次在猴子身上實現(xiàn)了異體操控。

人腦與電腦之間的交互成功無疑是科學(xué)技術(shù)的一大突破，未來人與機器之間的界限將變得日益模糊。endprint