揭秘霍金的神秘轮椅

3月14日，著名物理学家霍金去世，享年76岁。他是继牛顿和爱因斯坦后最杰出的科学家之一，被誉为宇宙之王。但不幸的是，他在21岁就被确诊为“渐冻症”，半个世纪以来，轮椅几乎是他的全部。那么，这台轮椅有何独特之处呢？

霍金的轮椅就是一部智能机器

1963年，21岁的霍金不幸被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症（又称“渐冻症”）。患病之后，霍金全身只有三根手指和两只眼睛可以活动，并且只能用极其微弱、难以识别的语言交谈。在1985年因患肺炎而做气管切开手术后，霍金更是被彻底剥夺了说话的能力。当时，美国加利福尼亚州一位名叫瓦特·沃尔托兹的电脑工程师为霍金设计了一个名为“平等器”的电脑程序，其中的文本文件是Word 。这个程序可以让霍金从屏幕上选择词汇，只要他按动手中的开关选择词汇后，就会转入语音合成器，发出声音来。

后来，剑桥调节通讯公司的大卫·梅森改进了这套设备，并安装在霍金的轮椅上，使霍金“说话”的速度大大加快，每分钟可“说”出15个词，如果需要，还可以把文字直接打印出来。

这台世界上几乎独一无二的轮椅不仅是霍金的代步工具，也构成霍金个人形象的一部分。

它是一台集计算机软件、通信技术、红外光、语音转换器于一体的人工智能设备，通过它，霍金的思想可以转化为语音和文字，并表达给全世界。

霍金輪椅的语音合成器安置在椅背上，可以把他写出的文字转译成独特的“霍金式”电子语音。轮椅上安装有一个12英寸的电子屏幕，即便在阳光下也能让他看得清楚屏幕上的内容和图像。通过这个小小的“窗口”，霍金可以写演讲稿、收发电子邮件，甚至可以用即时通信软件Skype来接听电话。

霍金轮椅上的平板电脑拥有Core i7处理器，它可以控制轮椅上所有的电子系统。轮椅上的万用遥控器是一个红外线装置，可以用来操作霍金办公室和家里的电视、音响、灯光，甚至可以用来开门、关门。

轮椅上装有一个叫“外围盒”的设备，内有USB集线器、音响放大器和整流器，供各种子系统使用。这部轮椅的电源安装在椅座下方，供轮椅移动和整个电脑系统使用。此外，这套系统还装有一套备用电池。

其实，霍金轮椅就是一部智能机器，而且它是随着科技的发展而逐渐升级的，以上所描述的只是这台智能轮椅的基本构造。

利用面部肌肉动作来操作电脑

2005年之后，霍金彻底丧失了运动能力——连手指都不能活动了。为此，英特尔的创始人戈登·摩尔为他设计了2.0版的轮椅。新版霍金轮椅主要通过眼动追踪、联想输入和语音合成器播放，来支持这位科学巨人与世界对话。研究人员为霍金设计了一个特殊的眼镜，上面安装了红外线发射器和检测肌肉活动的探测器，可以通过霍金说话时面部肌肉的收缩和舒张来激活辅助系统，并用眼球控制红外线发射器，选定在屏幕中轮流出现的英文字母。

例如，当霍金想说“点子”这个词时，他的面颊肌肉收缩首先激活辅助系统，电脑屏幕上会出现字母i，这时霍金的眼球动一下，计算机就会不断显示以i开头的英文字母，直到idea出现；霍金再动一下眼球来表示选定这个字母，这就如同普通人用手操作鼠标时的两次点击确定一样。当霍金完成造句后，就可以把这个句子发送到语音合成器上，由后者替他“说”出来了。

到了2011年，他的病情进一步恶化，用这种方式每分钟仅能输入一两个单词。技术团队对霍金的设备进行了改造升级，研发了一个可供所有残障人士使用的交互系统工具包（辅助情境感知工具包，简称ACAT）。安装升级了这个开源项目后，霍金轮椅可谓升级到2.1版。虽然还是利用面部肌肉动作来操作电脑，但ACAT允许使用者通过几乎任何面部动作来进行交互操作。

升级后的软件由于集成了Swift Key人工智能预测技术，霍金仅需要输入15%-20%的字母，电脑软件就能预测出剩下的内容，还能够在每输入一个单词后预测出下一个可能的单词。利用升级后的软件，霍金对文件进行浏览、编辑、管理和在多任务间进行切换、收发电子邮件等日常任务的速度提高了10倍。

有人计算，霍金在向中国公众发一条有99个词的微博时，即便没有错误，大约也需要30多分钟。再加上思考以及排版、审阅等，估计霍金用了大约40分钟时间，才完成了他向中国粉丝的第一次问候。

“脑控”版轮椅让重度残障者受益

如今，人机交流专家已经开始设计3.0版智能轮椅，将来所有重度残障者都可能受益于此。

最新版智能轮椅是基于喉部肌肉发音时的收缩和舒张来设计的。当人们说话时，大脑语言中枢会发出信号到喉咙，使喉咙的肌肉群协同收缩和舒张而发出声音。根据这一原理，美国航空航天局艾姆斯研究中心研发了一项技术，不仅可以让残障人自主控制电动轮椅，而且能够将思想（想说的话）传送到语音合成器，让后者“说话”。

首先，通过一个贴在喉部皮肤上的电极，使用者头脑中只要有“向右”或“停下”的想法（指令），轮椅便会自动探测到喉部微弱的电子脉冲并“翻译”出来，这样的指令正确传达给轮椅后，轮椅就会完成右转或停下的动作。同样，使用者想说什么话，也可以通过软件探测到，并向语音合成器传输指令，让后者替使用者“发声”。

霍金曾经尝试过这种人（脑）-机界面，但他感到并不适应。原因有两个：其一，从使用面颊肌肉到通过喉部肌肉收缩来操控，有一个需要重新学习的过程，霍金还没有适应这种新的技能；其二，按照目前的技术，电极摆放的位置如果稍有偏移，辨识的准确率就会从94%下降到50%以下。有时候，电极解读并发送到语音合成器“说”出来的话，并非霍金的本意。所以霍金的轮椅并没有正式使用这一系统。

更高级的智能技术是“脑机接口”，即用思想来控制不能运动的四肢。从2014年起，俄亥俄州神经中心的研究人员就开始设计一个植入大脑的芯片来让思想控制运动。这个植入脑部的芯片名为“神经生命”，它通过连接器与电脑相连。电脑使用特殊软件来解读大脑传来的信号后，发送指令给镶有130个电极的电子手袖套，以刺激手部肌肉，让人得以绕过脊髓，控制手部活动。同样，如果把芯片植入大脑语言中枢，就可以在大脑想说什么话的时候通过人机指令让轮椅上的语音合成器说出来。

目前，霍金轮椅的价格是普通残障者所可望而不可即的。如果将来真的升级到3.0版，恐怕价钱更会高出许多。

（中新网2016.5.8等）