自愈教授休·赫尔

张盖伦

本期关键词：

生物机械工程

生物机械工程，融合了生物学、机械学和电子学等多项学科，目的是发明能植入或接入身体的机器，让机器帮助残缺的身体执行正常的生理功能，让残障人士实现身体的“自愈”，重新融入正常的社会生活。休·赫尔便是该领域的领军人物之一。

“下面，我们欢迎来自MIT的休·赫尔教授（Hugh Herr）。”

在掌声中，休·赫尔大步流星走上台去。他身材修长，礼貌地与主持人握手，然后走向演讲台的中央。如果不是已经知道他受过截肢手术，鲜有人会关心他深灰色的裤子里到底有什么异样。在一些演讲中，他会挽起自己的裤子，让观众看到他的机械腿：“多么漂亮和性感。”他称呼自己是“由钛、硅和碳以及各种零部件组成的生物”。

休·赫尔教授是MIT媒体实验室（MediaLab）生物机械工程研究所主任，研究人与机器如何融合；也是“智行（iWalk）”公司的联合创始人和首席科技官。他还有个身份，一名狂热的登山爱好者——即使在他失去双腿之后，仍是。

改变命运的登山事故

休·赫尔早早地便展现出了自己非凡的登山天赋。

在17岁事故发生之前，他已经因为登山而闻名全美。媒体报道他的运动成绩，称赞他为当时最优秀的登山运动员之一。1982年，发生在新罕布什尔州华盛顿山的一场暴风雪，将休·赫尔的人生轨迹彻底改变。在那场暴风雪中，他与一同登山的朋友迷失了方向，坠入峡谷，两人在山中度过了3个温度接近-30℃的寒夜。一直到第四天，他们才被发现并救出。“我根本顾不上管自己的身体状况。”这是因为休·赫尔得知，在营救他们的过程中，一名志愿者因为雪崩不幸罹难，“救援人员因为我而牺牲，这样的噩耗快要将我击垮。”

一个医疗小组为保住这位登山天才的双腿，对休·赫尔进行了数月的治疗。但是，因为严重冻伤，休·赫尔双腿膝盖以下仍然全部被截去。“在手术之前，我已经做好失去双腿的心理准备。但当我从术后麻醉醒来，望向我的腿，我仍然很惊讶——我的腿只剩下这么一点点。”

医生同时对休·赫尔的登山生涯宣判了死刑。此前休·赫尔一直觉得，登山就是他生命的意义。“我对自己说，现在，我面临着两个选择。”一个，是任自己堕入绝望的深渊，自怨自艾，感叹命运的不公；另一个，是尽最大的努力，让生命驶入充满正能量的轨道。“我决定，一定要在有生之年做出有价值的事情，这才是对为我献出生命的人最好的纪念。”

休·赫尔说，在这种潜在的强大情感支撑下，他得以离开病床，并重新挑战山巅。

从头再来设计假肢

仅仅数月之后，休·赫尔就干了一件医生们断言不可能的事情：重新攀登。他凭借自己设计的假肢，爬出了比事故前更好的登山成绩。

双腿健全时的休·赫尔是一个“冷漠”的学生，他并不是什么机械狂热分子。他专注于机械修理，仅仅是因为那给他腾出了更多登山的时间。 然而事故之后，机械方面的知识突然变得“有用”了。“我第一次‘穿上假肢的时候，身体疼痛，而且很不灵活。”那时休·赫尔已经学了一些制作方法，便开始对假肢进行改良。带他重回登山运动的那套假肢，有坚硬“脚趾”，可以站在硬币大小的岩石表面上。

被截去双腿，让休·赫尔对数学和科技的掌控能力显现了出来。他着了迷奋发钻研，先是在麻省理工学院获得了机械工程硕士学位，后在哈佛大学取得生物物理学博士学位，并在做生物医学器械博士后的时候，开始研究仿生腿的假肢机器人系统。“如何延续我的梦想？我给出的答案是，依靠科技。”

在写博士论文期间，赫尔的双手无法正常工作，于是他把铅笔嵌在墨镜框上，戴着墨镜，用脑袋打字。曾与赫尔一同在哈佛大学共事过的教授克拉姆回忆说：“他当时快要累瘫了。每走一步，他都在想着如何把假肢做得更好。”

为了让假肢更好，在媒体实验室内，休·赫尔也是这里各项发明的“试用者”。他的一位学生回忆道，在最近一次实验中，新设计的一只假肢肢槽突然破裂，休·赫尔迅速抓住了旁边的杠子才没有摔倒。然后，他单腿蹦到最近的椅子上，坐下，和学生一起分析问题到底出在哪里。“在谈话中我们仍彼此开着玩笑，几分钟过后，我回到电脑前，开始改进我的设计。”学生说，赫尔老师是名勇敢的实验者。不断尝试、改进，无腿教授休·赫尔比健全人更能够体察出假肢的好坏。

27年来，为了给自己一双更好的腿，休·赫尔也设计了各种各样的假肢。“当我还在和我的新身体打交道时，我把自己的腿看成一个巨大的鞋。一个人的鞋柜里可以有很多鞋子，所以一个人也可以有很多不同功能的假肢。”休·赫尔的衣柜里便挂着这“很多不同功能”的假肢——有的用来奔跑；有的用来走路并带有防水功能；有的专为征服陡峭的岩壁或冰墙设计，带有可以楔入细小石缝的脚趾——这显然已经超过了人腿本身的功能……“经常有人问我，如果有一位仁慈的天使愿意满足你一个愿望，你会祈祷你的双腿回来吗？”休·赫尔给出的答案是——当然不。“我的仿生腿已经成为我认知的一部分，”他说，“而且我会造出比人腿更好的腿来。”

改变残疾定义

残疾人可以拥有比正常人更好的腿？休·赫尔认为，这绝非天方夜谈。

如果关注过伦敦奥运会，应该还会记得那位“刀锋战士”——来自南非的短跑运动员奥斯卡·皮斯托瑞斯。他没有双腿，支撑他身体的是两条薄如刀锋的假肢，假肢底部还装有带鞋钉的耐克鞋底——他以预赛小组第二的成绩跑进了半决赛。事实上，他参加比赛，也引来诸多争议，有人认为他的假肢给他带来了“不公平的优势”：比如说他的假肢比正常人腿轻、比正常人腿弹性好；肌肉在奔跑中产生的乳酸少，更不容易感到疲劳……

如果时光倒退20年，会不会有人认为，穿着假肢是一种“作弊”。快速发展的生物机械技术，改变了这一切。

生物机械工程，融合了生物学、机械学和电子学等多项学科，目的是发明能植入或接入身体的机器，让机器帮助残缺的身体执行正常的生理功能，让残障人士实现身体的“自愈”，重新融入正常的社会生活。休·赫尔便是该领域的领军人物之一。

有进入过休·赫尔实验室的记者写道：“在他的实验室里，这些人（不喜欢人工腿的人）大概会昏厥过去。这里到处是机器，电焊、电锯，桌子、椅子、沙发上横七竖八地躺着各种各样的机械腿、脚踝、膝盖、人工骨骼。”在这样让人“晕过去”的研究所里，他们利用包含嵌入式处理器、传感器、无线网络、模拟器件以及控制软件在内的嵌入式系统，把机械工程与生物力学、神经网络控制学相融合。“在嵌入式系统中，处理器就像人的大脑，传感器像人的眼睛和耳朵，模拟器件就相当于人体的肌肉，软件算法则让所有器官发挥功效。”

休·赫尔研究发明的机电控制脚踝，被《时代》杂志评为2004年十大发明之一；动力脚踝则在2007年获此殊荣。这套踝足假肢机器人系统，利用多个传感器、微控制器和模拟器件来模仿人体肌肉骨骼结构和运动，第一次给小腿截肢者提供了一个自然的步态。

还得提到休·赫尔创立的iWalk公司的PowerFoot。PowerFoot拥有12个传感器和3个指甲大小的微型处理器，当然还有电池和马达。这些组成了一个精密控制系统，模拟脚和踝关节每一动作环节的能量传送机理。装上PowerFoot之后，只需挪一小步，传感器就会感知到使用者的运动，并自动记录力度、速度、路面等情况；同时处理器会做出相应的反应，调整假肢的状态。

它甚至能让人自如地架起二郎腿。不过，这样的智能假肢价值不菲。

科学家们还有另外一个计划，让假肢真正成为人体的一部分，最大限度减少对外部机械和传感装置的依赖，这样也可大大降低成本。休·赫尔的实验室里已经有能联通人体神经系统的智能假肢。“这没什么好大惊小怪的。”因为大脑对于肢体发出的信号本身就是一种电流，完全可以用电子元件进行模拟。只需要事先在人体里以及假肢的肌肉上植入电子元件，通过这些电子元件接收和释放信号，信息就能通过假肢传递到人的大脑了。“我们希望依靠嵌入技术或其他未来技术，在二十一世纪消除残疾。”赫尔甚至相信，残奥会运动员的成绩会超过奥运会运动员，“消除残疾，同时模糊人与机器的界限，将是本世纪最重要的事件之一。”赫尔表示，不存在有身体缺陷的人，只存在有缺陷的技术。

现在，你还会用同情的眼神看着“残障人士”休·赫尔吗？事实上，休·赫尔可能会用他那似笑非笑地神情看着你，带着一点对肢体健全者善意的嘲弄。“我预言当我80岁的时候，我会比健全的80岁老人走得更稳更省力，甚至还能快跑。我的身体机能会衰老，但是我的人工腿，从某种意义上来说，是永远年轻的。”

责任编辑：尹颖尧