今年世界杯開(kāi)幕式上負(fù)責(zé)開(kāi)球的不是著名足球明星，而是一位來(lái)自巴西的截癱少年。這名癱瘓少年是用什么科技手段來(lái)開(kāi)球的？他的行動(dòng)能力來(lái)自于多國(guó)科學(xué)家研發(fā)的一種“外骨骼”機(jī)器人系統(tǒng)，它可以根據(jù)人類大腦信號(hào)，幫助癱瘓者實(shí)現(xiàn)站立和行走。

　　如何操作？

　　大腦發(fā)出電信號(hào)，控制設(shè)備行動(dòng)

　　在足球場(chǎng)上，由這位備受矚目的少年的大腦發(fā)出的電信號(hào)，經(jīng)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，被轉(zhuǎn)換成數(shù)字化的行動(dòng)指令，讓“外骨骼”首先穩(wěn)住球員身體，然后誘導(dǎo)機(jī)械腿在平整的草坪上，協(xié)調(diào)地做著前后運(yùn)動(dòng)。當(dāng)球員發(fā)現(xiàn)腳和足球接近時(shí)，想象著用腳去踢它，300毫秒之后，腦信號(hào)就會(huì)命令“外骨骼”上的機(jī)械腳，以巴西式的踢法，將球勾起，向上拋出。

　　這套很拉風(fēng)的、很有未來(lái)感的機(jī)械“外骨骼”，是由杜克大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家米古爾?尼科萊利斯與德國(guó)慕尼黑理工大學(xué)的戈登?陳聯(lián)合開(kāi)發(fā)。在尼科萊利斯看來(lái)，此次世界杯開(kāi)幕式，將會(huì)成為巴西科研領(lǐng)域的一座里程碑。而在傳統(tǒng)意義上，截癱患者如果要進(jìn)行動(dòng)作，需要依靠復(fù)雜的傳感器、陀螺儀和液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。

　　據(jù)了解，這款被命名為“bra-santosdumont”的“外骨骼”，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?？梢岳脵C(jī)動(dòng)化金屬支撐結(jié)構(gòu)，支撐這名少年的大腿，同時(shí)幫助他的大腿彎曲。

　　研究小組還為外骨骼安裝了一系列傳感器，負(fù)責(zé)將觸感、溫度和力量等信息反饋給佩戴者，這些反饋是借助顯示器或者振動(dòng)的電機(jī)完成。據(jù)尼科萊利斯此前在接受法國(guó)媒體采訪時(shí)表示：“‘外骨骼’由大腦活動(dòng)控制，并將信息反饋給佩戴者還是第一次。我們?cè)谝蛔w育場(chǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示，這在機(jī)器人技術(shù)研究領(lǐng)域并不多見(jiàn)。”

　　在尼科萊利斯看來(lái)，癱瘓人士甚至可以將這套外骨骼當(dāng)成身體的一部分，作為日常所用，從而最終將輪椅“拋棄”。

　　何時(shí)能用？

　　全面投入使用至少還要一二十年

　　為了這項(xiàng)研究，兩位科學(xué)家已經(jīng)花費(fèi)了30年，其間共發(fā)表200多篇科學(xué)論文，進(jìn)行了無(wú)數(shù)次臨床試驗(yàn)。

　　而自今年3月抵達(dá)在位于圣保羅的康復(fù)實(shí)驗(yàn)室以來(lái)，尼科萊利斯和他的研究小組，便很少離開(kāi)這實(shí)驗(yàn)室，完成最后的準(zhǔn)備工作。研究小組在9位癱瘓人士身上試驗(yàn)了這副外骨骼，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)和預(yù)演。最終，患者中的一名被挑出，擔(dān)當(dāng)世界杯開(kāi)球重任。

　　4月24日，他們迎來(lái)一個(gè)重要時(shí)刻，當(dāng)時(shí)一名癱瘓患者在“外骨骼”的幫助下行走。

　　其實(shí)就在一周前，在伯克利分校的操場(chǎng)上，另外兩位20多歲的截癱青年，已經(jīng)借助這個(gè)系統(tǒng)踢了一次足球。加州大學(xué)伯克利分校的卡澤洛尼教授，將會(huì)把巴西青年的動(dòng)作，和這兩人的視頻進(jìn)行對(duì)比，然后對(duì)這個(gè)“外骨骼”機(jī)器人系統(tǒng)繼續(xù)改進(jìn)。

　　由于這套系統(tǒng)過(guò)于昂貴，截癱患者很難承擔(dān)這筆費(fèi)用，尼科萊利斯教授表示，他們的目標(biāo)是為患者提供一套成本低廉的裝備，讓所有人用得起。不過(guò)，需要指出的是，當(dāng)前“外骨骼”技術(shù)還處于早期階段，想成熟后全面投入使用，至少還要再等一二十年。

　　意義多大？

　　取決于人腦對(duì)“外骨骼”的控制程度

　　對(duì)于腦機(jī)交互領(lǐng)域的研究者來(lái)說(shuō)，這次展示的實(shí)際科研意義究竟多大，主要取決于人腦對(duì)這套機(jī)械“外骨骼”的控制程度。

　　如果大腦僅能夠發(fā)出啟動(dòng)或停止指令，然后機(jī)械“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“外骨骼”就大致達(dá)到了當(dāng)前的科研水平，談不上什么突破；但如果使用者可以通過(guò)機(jī)械“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)，精細(xì)調(diào)整自己的動(dòng)作，那就將是一個(gè)非常重大的突破。

　　什么是“外骨骼”機(jī)器人

　　采訪專家：上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所副教授欒楠

　　“外骨骼”機(jī)器人可以分為兩類

　　問(wèn)：近期熱映的《明日邊緣》里，阿湯哥穿的那一套是不是“外骨骼”機(jī)器人，和這個(gè)“外骨骼”機(jī)器人有什么不同嗎？

　　欒楠：目前來(lái)說(shuō)，“外骨骼”機(jī)器人可以分為兩類，一類是給正常人穿的，另一類是像假肢一樣的設(shè)備，就像這次世界杯開(kāi)幕式上這樣的。一般來(lái)說(shuō)，“外骨骼”機(jī)器人大多指的是前者，正常人穿上后，比如做一個(gè)推手的動(dòng)作，機(jī)器就能夠感應(yīng)到這個(gè)動(dòng)作，但是力量會(huì)比正常的大很多。而后者，是通過(guò)捕捉腦電信號(hào)，再進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而操控這個(gè)設(shè)備。前面這種機(jī)器的難點(diǎn)是要符合人體結(jié)構(gòu)，后面那種的難點(diǎn)，則是如何提取腦電信號(hào)。

　　問(wèn)：就后面這種“外骨骼”機(jī)器人而言，本身身體有殘疾的人，穿上這種設(shè)備，能達(dá)到像普通人那樣的走姿和速度嗎？

　　欒楠：目前的話，還沒(méi)實(shí)現(xiàn)完全與正常人一樣，能做到的就是穿上這個(gè)設(shè)備，經(jīng)過(guò)一定的訓(xùn)練后能夠行走。若信號(hào)到位，設(shè)備可以自己行動(dòng)

　　問(wèn)：目前來(lái)說(shuō)，這種“外骨骼”還是人控制機(jī)器嗎？

　　欒楠：是的，不過(guò)機(jī)器控制人的情況也是有的，比如康復(fù)機(jī)器人。這些機(jī)器人所做的動(dòng)作等，都是由醫(yī)生設(shè)定好的，比如今天你的腿能擺到這里，明天可能可以更高一些，主要是為了保持使用者肌肉和關(guān)節(jié)不發(fā)生萎縮和僵化。

　　問(wèn)：那種人控制的機(jī)器人，現(xiàn)在也并不是很成熟吧？

　　欒楠：確實(shí)，而且產(chǎn)品級(jí)的不多，大多還是研發(fā)狀態(tài)。穿戴式的“外骨骼”機(jī)器，其實(shí)很像是一件堅(jiān)硬的衣服，穿在人身上，感覺(jué)跟鎧甲一般。其實(shí)，若信號(hào)到位的話，就算人不在這設(shè)備里面，設(shè)備也是能夠行動(dòng)的。