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(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(jī)械“戰(zhàn)袍”相當(dāng)拉風(fēng)，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(xué)名叫“外骨骼”，由來自25個國家的150多名科學(xué)家聯(lián)合打造，是非營利國際合作項(xiàng)目“再次行走計(jì)劃”的一個研究成果。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、美國杜克大學(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)信號傳感器。當(dāng)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(jì)算機(jī)裝置中，處理之后轉(zhuǎn)化為相應(yīng)指令，驅(qū)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(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(shè)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(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‘幻影肢體’。”
“這實(shí)際上也是我們這個項(xiàng)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(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2萬美元，市場價(jià)高達(dá)5-10萬美元。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，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(zhǔn)確的評價(jià)。美國密歇根大學(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，會不會是一個脊椎部分受損、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>
對于腦機(jī)交互領(lǐng)域的研究者來說，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”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)動非常精細(xì)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(jī)械“外骨骼”究竟幾分由人腦控制，幾分由機(jī)器人自動完成，但能肯定的是：“沒有人，就沒有動作。”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作，走路，還是踢球？這一決定將激活“外骨骼”完成相應(yīng)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(dá)“高級指令”，由機(jī)器人執(zhí)行“低級動作”。而在實(shí)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(guān)系”。
不過，他指出，在為世界杯做準(zhǔn)備的最后幾個星期里，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(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(xué)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(dú)放置麥克風(fēng)錄音，而非植入式則是在音樂廳外，用一個麥克風(fēng)錄制整個樂團(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。他們設(shè)計(jì)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(jìn)步。實(shí)驗(yàn)猴子可以通過大腦操控輪椅，完成各種動作。
“機(jī)械戰(zhàn)甲”為世界杯開球
殘奧會上，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。
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，眼下最大的障礙卻來自記者?！坝刑嗟谋^主義者看不到這項(xiàng)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(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，尼科萊利斯說：“因?yàn)槭澜绫褪前臀?，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(yùn)會上，我們還會有驚喜。那也是在巴西。別著急，到時候見。”
