瘫痪少年变身“钢铁侠”

白杨

2014年巴西世界杯开幕式上负责开球的不是著名足球明星，而是一位瘫痪的巴西少年。在开幕式上，当看到这名瘫痪少年从容不迫地从轮椅上站起来大脚开球时，在场的人无不瞠目结舌，而他身上的“行头”也引起了所有人的关注。这里面到底有什么玄机呢？原来他是借助先进的机械外骨骼装置，通过大脑意念的控制从轮椅上站起来大脚开球的。这也是科技史上首个实现机械外骨骼装置受瘫痪患者大脑活动控制的案例。

外骨骼装置的原理

这套装置通过患者大脑意识活动产生的信号进行控制，大脑活动信号由放置在患者大脑皮层上的电极探测到。信号被无线传输至使用者携带的计算机系统上，再转换成机械动作。传感器连接机械外骨骼机构，能够将触觉、温度和力量信息反馈至使用者，相关的信息可反馈在视频显示器或者振动电机上。

要想读取大脑中的指令，需要把电极直接植入瘫痪患者的大脑中。在放置电极时，不仅要把电极植入颅骨下的脑组织内，而且要使电极能同时探测大脑皮层上的更多神经元。运动皮层是大脑内负责产生运动指令的区域，它发出的指令通常会传递到脊髓，控制和协调肌肉活动，因此很多电极都会被植入运动皮层。一些神经科学家认为，通过脑电图等无创手段来记录大脑活动，可以反映出意识和肌肉之间的对应关系，但目前这个想法还没有实现。

要处理来自传感器的海量数据，还要为瘫痪患者专门研制出新一代神经芯片。这些芯片与微电极一同植入患者大脑后，它们就可以提取出控制全身外骨骼所需要的初始运动指令。在数字指令的驱动下，穿着外骨骼的患者会逐渐迈开步子，调节自身行进的速度，甚至可以屈膝、弯腰、爬楼梯。外骨骼的机电回路可以直接调整假肢的位置，不需要神经信号的参与。

外骨骼设备的应用领域

美国国防部投资五千万美元为地面部队开发外骨骼套装，这种可穿戴的机器人系统能够使士兵跑得更快、携带更重的武器以及跳过较大的障碍物。外骨骼系统能够提高士兵的力量和速度，而且还能通过内置的计算机辅助士兵在国外领土行军。此外，美国宇航局的工程师们已经开发出了一种机器人外骨骼，可以在太空和地球两种环境里使用。随着技术的进步，这种机械外骨骼的成本也会逐渐降低，进入普通人的生活当中，成为取代轮椅的新型装备。

熟练使用外骨骼还需要训练

这种类似太空服的机械外套，不仅穿起来舒适灵活，还能支撑起穿着者的身体，起到脊柱的作用。球员的身体一旦与外骨骼发生作用，大脑便会把这个机械外套当作球员身体的一部分。在训练时，球员通过与地面的连续接触，感知机械腿的位置，积累感觉经验，这样才能够在球场或人行道上熟练地迈开步子。

利用意念进行控制的其他案例

2012 年，中国浙江大学研究人员开发出了一项用脑波来控制直升飞机的技术。研究人员称，带上头盔后，他们可以通过想“用力左转”来使飞机启动或着陆，通过想 “左”使直升机顺时针旋转，想“右”使飞机前进，想“推”使飞机抬升。今年年初，美国科研人员利用一只猴子的思想成功远程操控了另一只猴子的肢体动作，这是首次在猴子身上实现了异体操控。

人脑与电脑之间的交互成功无疑是科学技术的一大突破，未来人与机器之间的界限将变得日益模糊。endprint