【前沿观察】仿生科技：绽放生命的奇迹
来源：财富中文网、财富style，作者：杜思思
不幸每天都在发生，每一副残缺的肢体背后，都隐藏着一个悲惨的故事。万幸的是，有这样一位网红科学家，他创造了一项伟大的技术，使无数不幸的残疾人士能跑、能跳、能攀岩......这天，他来到TED讲台，展示了这个希望征服绝望，美好磨灭悲伤的奇迹。
然而，当你读完这篇文章便会发现，真正使他红遍全球，并令所有人为之动容的东西，却绝不仅仅是这项惊人的技术本身......
奇
迹
的
缔
造
者
▼
Hugh Herr
MIT媒体实验室生物机械组带头人
当笨重麻木的假肢幸会了生动活泼的仿生科技
就诞生了一件：
“美丽并附有诗意的设计作品”▼
即便是在这个科技纯熟的时代，鞋子尚且会将我们的脚磨出水泡，那么更不必说将机械连接到肉体了。Hugh面临的第一个问题（也是一直以来都令人头疼的问题）就是：如何将机械最为舒适地连接到肉体？
制动循环装置
为得到佩戴最为舒适的仿生肢体，Hugh与他的MIT实验组决定将人造皮肤作为假肢与肉体间的联结。他们首先建立了一个数学模型，通过制动循环装置来测量伤者肢体的表面形状，并利用诸如核磁共振的成像工具来观察患者的身体。
精确的测量可以最为准确地判断出肢体各组织的位置（如左图所示），进而通过数学转换，得到与患者本身适配度最高的人造皮肤设计模型（如右图所示）。
Hugh称，他们所发现的最佳性是：当身体拘谨僵硬时，人造皮肤是柔软的；当身体柔软时，人造皮肤是僵硬的。于是，他们将智能传感材料植入到人造皮肤中。电压为零时，这块材料顺应柔软；加载电压后， 就变得笔挺坚硬。
利用这个构架，他们最终研制出了成型的仿生肢体，这也是可操纵性最高，且佩戴舒适度最高的假肢了。
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接下来，仿生假肢的核心问题：它如何能像真正的肌肉和骨骼一般运动呢？
在MIT实验室，他们研究了人类在正常站立、行走、奔跑时肌肉与骨骼的运动状态，以及脊椎对行为的控制作用。
同时，他们还研发了诸如踝关节，膝盖以及髋关节等各个人体关节。可以看到，在系统的控制下，仿生肢体可以良好的模仿小腿肌肉的运动，完成正常的行为动作。
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最后一个问题，也是最有挑战性的一点：仿生肢体如何探测人体的运动意愿？
最令人骄傲的是，这具仿生肢体中含有电极，它可以捕捉到人体肌肉的电脉冲，与生物体实现交流。而能够模仿脊椎反应的芯片，则可以通过捕捉神经信号，追踪你的移动欲望！
你将感觉拥有了真正的肉和骨头，你甚至可以在岩石道路上奔跑了！
这种感觉太棒了！
当了解了这项尖端的仿生技术，我们意识到，残疾人士能够依靠该技术恢复运动能力几乎是无悬念的。但我们没有想到的是，这项技术诞生后的第一位试用对象，正是：
他
本
人
▼
1982年，爱好攀岩的Hugh遭遇了登山事故，他的双腿组织被冻伤，因而不得不进行截肢。而Hugh的第一反应是：作为一个人，是永远不可残缺的。相反，残缺的是技术。这个简单而强有力的想法召唤了他去提升科技、去消除人体残疾的行动。
他的目的不仅是行走，更是要重返岩壁攀登的那个纵向的世界。于是他为自己设计了一系列特殊的肢臂，不断改良创新，设计出适用于不同壁面攀爬的假肢。
他很快意识到，自己的双腿可以被随意塑造，这甚至可以使他拥有超于常人的运动能力。
这个想法使他得以跳出造福残障人士的狭义角度，继而创造了能有效保护人体关节的体外骨骼，可适用于任何人群：
（上图中的试用者无任何腿部问题，佩戴体外骨骼后可大大降低代谢值，使行动更加强健有效力。）
作为自己作品的完美鉴定者，他具有独特的视角与感官，并善于将劣势扭转。在TED讲台上他就不失幽默地，甚至有些得意地声称：“我可以变得只有5英尺矮，或像我想要的那样高。当我感觉很糟或是没有安全感的时候，我就加长我的身高......”
一切不幸在他的乐观下黯然失色，他卓越的科技能力以及强大的精神力量将他拉回岩壁，同时也正努力将更多人拉回他们的人生舞台，比如Adrianne Haslet-Davis：
Adrianne是一位美丽的职业社交舞者，视舞蹈如生命的她却不幸在波士顿恐怖袭击中丧失了她的左腿。
Hugh回忆称：“见完她后，我开车回家，脑子里就想：我是一个麻省理工学院的教授，我有资源，那就让我们为她研制一条仿生腿，让她能够重返她的舞蹈生涯！”于是，他将电子机械、生物医学等各个领域的专家引入自己的MIT实验室中，为舞者加装了仿生臂，研究他们的动作，并将这些运动数据植入仿生臂中。
“3.5秒的爆炸，将Adrianne拽下了舞台，但200天后，我们将她重新拉了上来！”
美丽的舞姿宣告着这项伟大技术的成功，也绽放着生命的奇迹。毕竟，与绝境共存的，除了一种情绪叫做“绝望”，还有一种魄力，叫做“绝地逢生”。
最后，让我们引用这位奇迹科学家的一句话作为结尾，共同体会这份“绝地逢生”的魄力：
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“很清楚：在未来，鞋子不会再将人磨出水泡；本世纪，我们将结束残疾！”
——Hugh Herr（财富中文网）
这一次，大脑控制的仿生假肢终于成真了
来源：雷锋网，作者：张弛
via popsci ，译：Jasper.T
关于用意识控制的义肢，很多都只是原型产品，不过现在这一技术可能要真正开始大范围使用了。
Gudmundur Olafsson就是使用者之一，他的右脚踝有整整十年再没能动过，因为他做了截肢手术。小时候，Olafsson居住在冰岛，一次意外的事故，他被一辆油罐车撞到，经过多次救治无效后，他最终不得不将小腿截肢。
“这种痛苦整整折磨了我28年”，Olafsson说道，“我总共做了50多次手术，最后还是不得不截肢。”几年之后，他给自己安装了一个Proprio Foot（简称Proprio），一种机动化的靠电池供电的智能假脚，它由冰岛首都雷克雅维克的Ossur公司销售。Proprio实际上就是一个可穿戴的机器人，通过传感器和计算来自动调整脚的角度从而适应不同穿戴者走路的不同姿势。Olafsson的假脚上还安装了一部自动导航装置。
14个月之前，Ossur公司对产品硬件进行了升级。现在，48岁的Olafsson可以通过自己的思想来控制右脚的活动了。电脉冲由他大脑发出到达腿部，腿部肌肉组织中植入的传感器将各个神经点相连，由大脑发出的信号最终便可无线传输到他的Proprio。因为在假脚接收到指令之后，穿戴着的肌肉才开始收缩，因此对穿戴者来说，意识和行动之间并不会出现不自然的延迟现象。
Olafsson也因此成了一个入会十分严格的俱乐部的成员。和他一起的还有一个叫David Ingvasson（Ossur测试员）的人，他们是世界上极少数拥有脑控仿生肢体的人。Ossur公司最近在哥本哈根举行的一个大会上，公布了他们的植入肌电感应技术（简称IMES），正准备将其运用到大规模的临床试验当中，并希望能在三到五年内上市。
“说真的，这一次，我激动的哭了”
这在机器人学和先进假肢领域是一个史无前例的重大突破。脑控仿生肢体经常会登上各大版面头条，现代科学已使其得以应用，实验系统也正在将其转变为产品。但是大多数的设备还仅处于实验阶段，许多还需要进行复杂的手术，比如肌肉组织移植或者人脑电极植入。简而言之，这些设备看起来是真实的东西，有时也会出现在一些视频当中。但是就目前而言，脑控修补术还无法真正实现。
与此同时，在冰岛和英国，Ossur公司的传感假肢已经在每天不断的质疑声中站住脚了。在长达14个月的测试过程当中，该公司的两位人体实验者将该设备作为他们唯一使用的假体。Ossur公司定期检查他们的设备并收集数据。植入传感器的手术得到了最大简化，Ossur公司研发部部长，整形外科医生Thorvaldur Ingvarsson说道，整个过程要花费15分钟，每个传感器需要一个一厘米长的切口。首先要在使用者的残肢上嵌上一个有缓冲的空心元件，我们将其称为槽。槽与使用者的假肢相连。这些小的传感器（30×80mm）就由植入在槽中的电磁线圈供电。由于没有集成电池，因此也不需要更换传感器（除非传感器因其他原因发生故障）。这些传感器能终身使用。
该产品的另外一个独特之处就是他的简便性。Ossur公司的传感器由阿尔弗雷德.曼基金会提供，他不需要依附于特定的神经。那也意味着使用者的肌肉组织不需要从其他更加密集的神经部分进行分离。假肢的活动基于前后传感器接收到的肌肉组织的电脉冲。如果Olafsson活动他的腓肠肌群，那么假肢就会做出相应的反应。Olafsson觉得这真的很神奇，“说真的，这一次，我激动的哭了。时隔11年，我的右脚第一次能再次活动了。”
Olafsson还说，该产品的一个巨大优势就是它能重新分配你的重量。当他上楼或爬山时，甚至是从椅子上站起来时，他经常能听到自己的腿发出的声音。这种活动很常见，并且由于小腿截肢，也会产生一些问题形态。做出一个先进的假肢需要不懈的努力，因为一个很小的失衡就可能导致很严重的问题，甚至会缩短使用者的寿命。现在，Olafsson已经可以很轻松的从椅子上站起来了。
“我们的子孙后代将会真正从中受益”
但是他能感受到的最大的好处也是最令人惊讶的。“你必须要学会如何重新使用这些肌肉，学会如何收紧前后肌肉是非常重要的。我的步法已经变得更好了。走路也不会一瘸一拐了。”
之前，他们忽视了如何使穿戴者主动使用他们的肌肉。传感假肢可以结束或改变这种情况。这提醒我们，尽管身体健全，我们也要注重增强我们的肌肉控制力。仿生假肢是目前使残障人士恢复功能的首要的医疗设备。脑控仿生假肢也会促进肌肉增长。和科幻小说中的超能力机器人相比，这更奇怪但也更加激动人心。
Ossur还没有公布IMES技术价值多少，但是他们已将该技术用于现存的先进假肢生产线上。随着更多的截肢者接触到这一系统，Olafsson希望这可以防止他们养成坏习惯，并防止肌肉萎缩。“我这样做不是为了我自己，我已经老了，我们的子孙后代将会真正从中受益。”
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