霍金輪椅上的黑科技

● 趙天 編

幾乎每個(gè)人都認(rèn)識(shí)英國(guó)物理學(xué)家霍金，但幾乎每個(gè)你認(rèn)識(shí)的人，都不敢說他聽到過霍金開口說話，或親眼看到霍金持筆寫字。我們都不知道霍金的真實(shí)聲音和筆跡是什么樣。

眾所周知，造成以上困惑的原因，是霍金先生的一生都伴隨著全身癱瘓的不治之癥，不但手腳動(dòng)彈不得，開口說話都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但這并不妨礙他的著作和觀點(diǎn)被及時(shí)發(fā)布出來，引導(dǎo)著世人走向新的科學(xué)領(lǐng)域。這不得不歸功于科學(xué)家們?yōu)樗蛟斓囊幌盗小昂诳萍肌痹O(shè)備，以最超前的方式在每一個(gè)時(shí)期幫助他發(fā)聲！

而這一系列“黑科技”，都被用來升級(jí)霍金所乘坐的輪椅。

輪椅和“首席發(fā)言人”

年僅21歲時(shí)，霍金就被診斷出肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥。這是一種醫(yī)學(xué)界至今都不知道病因的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)損害疾病，患者的肌肉會(huì)漸漸失去力量、萎縮，最終蔓延至和呼吸、吞咽相關(guān)的肌群，讓人生活不能自理，最終很大概率會(huì)死于呼吸衰竭，即從局部身體不能動(dòng)發(fā)展到全身都動(dòng)不了，所以這種病又簡(jiǎn)稱“漸凍癥”。

一開始，霍金只是腿不利索，還能依靠拐杖出行。但幾年后，他就再也無(wú)法站立，不得不開始與自己非常厭惡的輪椅“相愛相殺”。

那個(gè)時(shí)候，霍金除了行動(dòng)不方便外，和常人無(wú)異，依舊能和他人談笑風(fēng)生，甚至還能親自動(dòng)手寫下一些公式。在移居美國(guó)后，霍金坐上了電動(dòng)輪椅，他甚至找回了在劍橋賽艇隊(duì)的青春年華，發(fā)展出“飚輪椅”的特殊愛好，經(jīng)常在人行橫道上以極高的速度駕駛電動(dòng)輪椅。

但隨著病情的惡化，霍金很快就沒辦法繼續(xù)“皮”了，因?yàn)樗巡荒茉賹懽?，說話也開始變得含含糊糊，從大家伙勉強(qiáng)能聽懂，發(fā)展到只有他最親近的家人、朋友能領(lǐng)會(huì)他的意思。所以在那段歲月里，霍金出門除了電動(dòng)輪椅相伴，還得帶上一位“首席發(fā)言人”才行。

那時(shí)的霍金雖然說話困難，但最少還能一句一句地緩慢表達(dá)，相比后面的時(shí)光，他還是幸福的。

一開始，霍金只是腿不利索，還能依靠拐杖出行。

1985年，霍金在歐洲訪問期間患上了嚴(yán)重肺炎，為了保住他的性命，醫(yī)生為他實(shí)施了氣管切開手術(shù)，導(dǎo)致他永久失去了發(fā)聲的能力。所以在今后的時(shí)光里，就算他的“首席發(fā)言人”，也無(wú)法領(lǐng)會(huì)他的意思了。

作為一個(gè)不折不扣的“活著的傳奇”，霍金自成名時(shí)就幾乎全身癱瘓，每天只能坐在輪椅上。

霍金在各地進(jìn)行演講

霍金還在業(yè)余時(shí)間參演了多部影視劇作品

會(huì)說話的輪椅

為了讓霍金能重新“說話”，學(xué)術(shù)界可謂是絞盡腦汁。物理學(xué)家馬丁·金找到了加利福尼亞Words+公司的CEO，請(qǐng)求他幫助霍金教授。這位 CEO 曾經(jīng)開發(fā)過一套名為 Equalizer 的軟件幫助同樣患有“漸凍癥”的岳母，當(dāng)他得知要幫助的是霍金教授時(shí)，立即表示將全力以赴。

他們?cè)诨艚鸬碾妱?dòng)輪椅上加裝了一臺(tái)Apple II電腦和一個(gè)顯示器，顯示器上羅列著字母表，霍金只需在光標(biāo)經(jīng)過他想要的字母時(shí)給電腦一個(gè)確認(rèn)指令，就能輸入這個(gè)字母，進(jìn)一步組合成單詞和句子。

當(dāng)然，這是建立在彼時(shí)霍金的雙手還有一定運(yùn)動(dòng)能力的基礎(chǔ)上。由于整套軟件只需要一兩個(gè)按鍵就可以操作，所以那時(shí)的霍金不僅能自己控制輪椅，對(duì)輔助軟件的使用也完全不成問題。這套軟件解決了霍金的輸入問題，當(dāng)熟練這套設(shè)備后，他還可以著手寫作。但是在生活中單單只有文字是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，所以霍金的家人、朋友們又向一家開發(fā)語(yǔ)音合成器的公司尋求幫助。

這家公司主要生產(chǎn)電話自動(dòng)應(yīng)答系統(tǒng)，接到來自霍金的求助后倍感榮幸，于是他們用當(dāng)時(shí)最好的文字轉(zhuǎn)換語(yǔ)音處理器改造了一臺(tái)CallText 5010設(shè)備，并于1988年贈(zèng)送給了霍金。這樣，霍金在輸入文字的同時(shí)，也能大聲地“說”出來，仿佛重獲新生。

后來，MIT的工程師們?cè)谶@套設(shè)備的基礎(chǔ)上，又為霍金制作了三種聲音，分別是他的妻子、女兒和他本人的聲音。但由于這一系列工作均由美國(guó)人完成，所以霍金通過輪椅發(fā)出的聲音一直都帶有明顯的美式口音。

“一塊肌肉的表演藝術(shù)”

憑借黑科技加持的輪椅，霍金得以繼續(xù)寫作出書，他重新整理了之前的書稿，出版了震驚世界的《時(shí)間簡(jiǎn)史》。

1997年，英特爾在處理器領(lǐng)域的形勢(shì)一片大好，其創(chuàng)始人戈登·摩爾曾與霍金當(dāng)面交流，他發(fā)現(xiàn)霍金輪椅搭載的整套電腦系統(tǒng)存在很多缺點(diǎn)，便表示將承包霍金的硬件設(shè)備，霍金欣然接收。

英特爾重新設(shè)計(jì)了霍金的輪椅，將計(jì)算機(jī)集成在輪椅上，用輪椅的電池供電，并且承諾每隔兩年將硬件升級(jí)一次。

超高機(jī)動(dòng)性能的輪椅

然而病魔連霍金最后能活動(dòng)的三根手指頭也不放過，從2005年起，他只能用一根手指操作整臺(tái)輪椅了；到2008年，最后一根手指也停止了動(dòng)彈，僅剩下面部部分肌肉可以活動(dòng)。于是，霍金的裝備面臨又一次的大改造。

霍金的研究生助理靈機(jī)一動(dòng)，為他設(shè)計(jì)了一個(gè)“cheek switch”裝置，這個(gè)裝置可以安裝在眼鏡框上，用紅外線檢測(cè)霍金右臉頰上的一塊肌肉的活動(dòng)。

這種控制方法類似于智能手機(jī)上的距離感應(yīng)傳感器，傳感器發(fā)射肉眼不可見的紅外光束，并根據(jù)目標(biāo)物反射的強(qiáng)度檢測(cè)距離。當(dāng)霍金收縮面部肌肉時(shí)，傳感器會(huì)接收到一個(gè)變化的信號(hào)，然后反饋給電腦一個(gè)確認(rèn)動(dòng)作。這種方式可以完全替代之前使用的手動(dòng)點(diǎn)擊操作，并且不改變?cè)瓉淼牟僮鬟壿嫛?/p>

隨著輪椅的全面升級(jí)，霍金從“一根手指闖天下”進(jìn)化為“一塊肌肉的表演藝術(shù)”，但他的“說話”速度還是降到了每分鐘5-6個(gè)單詞，且隨著他面部肌肉的退化，很快又大幅下降至每分鐘一個(gè)單詞，甚至無(wú)法精準(zhǔn)地控制操作系統(tǒng)，常常陷入選錯(cuò)字母的困境。于是，只好再度求助于英特爾團(tuán)隊(duì)。

強(qiáng)大的單詞聯(lián)想功能

在英特爾的實(shí)驗(yàn)室里，霍金花了足足20分鐘才“說”出大概30個(gè)單詞的問候語(yǔ)，他的痛苦與無(wú)奈，工程師們看在眼里、急在心里，他們迫切希望能幫到這位不幸的教授。

他們?cè)紤]過使用最新的技術(shù)，例如眼球追蹤技術(shù)，但霍金的病情已經(jīng)造成了嚴(yán)重的眼瞼下垂，眼球追蹤技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確鎖定霍金的目光，此方案被放棄。

工程師們還讓霍金嘗試了頗為科幻的腦電波識(shí)別技術(shù)。能夠被清晰識(shí)別的腦電波信號(hào)往往都是一些身體動(dòng)作控制信號(hào)，例如握拳、面部表情、抬手等，這些信號(hào)就相當(dāng)于一個(gè)一個(gè)的按鍵，給每個(gè)信號(hào)設(shè)定好功能便能工作。但也許是因?yàn)榘c瘓多年，霍金的大腦對(duì)肢體的控制功能已經(jīng)退化了，即便是戴上專業(yè)的腦電波帽也無(wú)法檢測(cè)出強(qiáng)度足夠的信號(hào)。

沒辦法，工程師團(tuán)隊(duì)只好另辟蹊徑，將重點(diǎn)放在了改善軟件輸入效率上。他們認(rèn)真觀察了霍金輸入時(shí)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，并驚訝地發(fā)現(xiàn)，雖已進(jìn)入21世紀(jì)，但霍金還在逐個(gè)字母地完整拼寫單詞，這除了源于他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男愿?，還不得不“歸功于”這套“古老過時(shí)”的軟件。

于是團(tuán)隊(duì)找來在智能手機(jī)輸入法領(lǐng)域備受好評(píng)的SwiftKey公司合作，他們采集了霍金的大量文檔，分析詞頻及上下文關(guān)聯(lián)等信息，開發(fā)了一套全新的軟件。這套軟件能在霍金輸入字母時(shí)給出最合適的預(yù)測(cè)詞，比如輸入“Stephen”，軟件會(huì)聯(lián)想出“Hawking”，不再需要過于完整的輸入，相信絕大多數(shù)智能手機(jī)的用戶都很熟悉這套輸入法邏輯。

名為Cheek Switch的裝置，安裝在霍金的眼鏡框上，用紅外線檢測(cè)霍金右臉頰的一塊肌肉活動(dòng)。當(dāng)霍金收縮面部肌肉時(shí)，也就相當(dāng)于向傳感器發(fā)送了一個(gè)信號(hào)。

這些事情，都是在輪椅上一個(gè)12英寸的屏幕上完成的?；艚鹂梢栽谏厦鎸懜濉⑹瞻l(fā)郵件，還能用即時(shí)通信軟件接聽電話。

同時(shí)新軟件還添加了很多便捷功能，包括一鍵靜音、全屏幕任意位置的鼠標(biāo)點(diǎn)擊功能、快速搜索以及電子郵件。用上新軟件后，霍金的輸入效率高了10倍，能方便地用Firefox瀏覽器上網(wǎng)；霍金甚至還開通了微博，親自發(fā)博文與中國(guó)網(wǎng)友交流。

誠(chéng)如霍金教授所言：“Where there's life, there's hope.”他生在了一個(gè)好的時(shí)代、一個(gè)科技能夠改變?nèi)祟惷\(yùn)的時(shí)代，與其說“時(shí)勢(shì)造英雄”，不如用“時(shí)代救天才”來形容他的傳奇人生更為貼切。