張蓋倫

本期關(guān)鍵詞：

生物機(jī)械工程

生物機(jī)械工程，融合了生物學(xué)、機(jī)械學(xué)和電子學(xué)等多項(xiàng)學(xué)科，目的是發(fā)明能植入或接入身體的機(jī)器，讓機(jī)器幫助殘缺的身體執(zhí)行正常的生理功能，讓殘障人士實(shí)現(xiàn)身體的“自愈”，重新融入正常的社會(huì)生活。休·赫爾便是該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物之一。

“下面，我們歡迎來自MIT的休·赫爾教授（Hugh Herr）?！?/p>

在掌聲中，休·赫爾大步流星走上臺去。他身材修長，禮貌地與主持人握手，然后走向演講臺的中央。如果不是已經(jīng)知道他受過截肢手術(shù)，鮮有人會(huì)關(guān)心他深灰色的褲子里到底有什么異樣。在一些演講中，他會(huì)挽起自己的褲子，讓觀眾看到他的機(jī)械腿：“多么漂亮和性感?！彼Q呼自己是“由鈦、硅和碳以及各種零部件組成的生物”。

休·赫爾教授是MIT媒體實(shí)驗(yàn)室（MediaLab）生物機(jī)械工程研究所主任，研究人與機(jī)器如何融合；也是“智行（iWalk）”公司的聯(lián)合創(chuàng)始人和首席科技官。他還有個(gè)身份，一名狂熱的登山愛好者——即使在他失去雙腿之后，仍是。

改變命運(yùn)的登山事故

休·赫爾早早地便展現(xiàn)出了自己非凡的登山天賦。

在17歲事故發(fā)生之前，他已經(jīng)因?yàn)榈巧蕉劽?。媒體報(bào)道他的運(yùn)動(dòng)成績，稱贊他為當(dāng)時(shí)最優(yōu)秀的登山運(yùn)動(dòng)員之一。1982年，發(fā)生在新罕布什爾州華盛頓山的一場暴風(fēng)雪，將休·赫爾的人生軌跡徹底改變。在那場暴風(fēng)雪中，他與一同登山的朋友迷失了方向，墜入峽谷，兩人在山中度過了3個(gè)溫度接近-30℃的寒夜。一直到第四天，他們才被發(fā)現(xiàn)并救出?！拔腋绢櫜簧瞎茏约旱纳眢w狀況?！边@是因?yàn)樾荨ず諣柕弥?，在營救他們的過程中，一名志愿者因?yàn)檠┍啦恍翌倦y，“救援人員因?yàn)槲叶鵂奚?，這樣的噩耗快要將我擊垮。”

一個(gè)醫(yī)療小組為保住這位登山天才的雙腿，對休·赫爾進(jìn)行了數(shù)月的治療。但是，因?yàn)閲?yán)重凍傷，休·赫爾雙腿膝蓋以下仍然全部被截去。“在手術(shù)之前，我已經(jīng)做好失去雙腿的心理準(zhǔn)備。但當(dāng)我從術(shù)后麻醉醒來，望向我的腿，我仍然很驚訝——我的腿只剩下這么一點(diǎn)點(diǎn)?！?/p>

醫(yī)生同時(shí)對休·赫爾的登山生涯宣判了死刑。此前休·赫爾一直覺得，登山就是他生命的意義?！拔覍ψ约赫f，現(xiàn)在，我面臨著兩個(gè)選擇?！币粋€(gè)，是任自己墮入絕望的深淵，自怨自艾，感嘆命運(yùn)的不公；另一個(gè)，是盡最大的努力，讓生命駛?cè)氤錆M正能量的軌道?！拔覜Q定，一定要在有生之年做出有價(jià)值的事情，這才是對為我獻(xiàn)出生命的人最好的紀(jì)念。”

休·赫爾說，在這種潛在的強(qiáng)大情感支撐下，他得以離開病床，并重新挑戰(zhàn)山巔。

從頭再來設(shè)計(jì)假肢

僅僅數(shù)月之后，休·赫爾就干了一件醫(yī)生們斷言不可能的事情：重新攀登。他憑借自己設(shè)計(jì)的假肢，爬出了比事故前更好的登山成績。

雙腿健全時(shí)的休·赫爾是一個(gè)“冷漠”的學(xué)生，他并不是什么機(jī)械狂熱分子。他專注于機(jī)械修理，僅僅是因?yàn)槟墙o他騰出了更多登山的時(shí)間。 然而事故之后，機(jī)械方面的知識突然變得“有用”了?！拔业谝淮巍┥霞僦臅r(shí)候，身體疼痛，而且很不靈活?！蹦菚r(shí)休·赫爾已經(jīng)學(xué)了一些制作方法，便開始對假肢進(jìn)行改良。帶他重回登山運(yùn)動(dòng)的那套假肢，有堅(jiān)硬“腳趾”，可以站在硬幣大小的巖石表面上。

被截去雙腿，讓休·赫爾對數(shù)學(xué)和科技的掌控能力顯現(xiàn)了出來。他著了迷奮發(fā)鉆研，先是在麻省理工學(xué)院獲得了機(jī)械工程碩士學(xué)位，后在哈佛大學(xué)取得生物物理學(xué)博士學(xué)位，并在做生物醫(yī)學(xué)器械博士后的時(shí)候，開始研究仿生腿的假肢機(jī)器人系統(tǒng)?！叭绾窝永m(xù)我的夢想？我給出的答案是，依靠科技?！?/p>

在寫博士論文期間，赫爾的雙手無法正常工作，于是他把鉛筆嵌在墨鏡框上，戴著墨鏡，用腦袋打字。曾與赫爾一同在哈佛大學(xué)共事過的教授克拉姆回憶說：“他當(dāng)時(shí)快要累癱了。每走一步，他都在想著如何把假肢做得更好?！?/p>

為了讓假肢更好，在媒體實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，休·赫爾也是這里各項(xiàng)發(fā)明的“試用者”。他的一位學(xué)生回憶道，在最近一次實(shí)驗(yàn)中，新設(shè)計(jì)的一只假肢肢槽突然破裂，休·赫爾迅速抓住了旁邊的杠子才沒有摔倒。然后，他單腿蹦到最近的椅子上，坐下，和學(xué)生一起分析問題到底出在哪里?！霸谡勗捴形覀?nèi)员舜碎_著玩笑，幾分鐘過后，我回到電腦前，開始改進(jìn)我的設(shè)計(jì)?！睂W(xué)生說，赫爾老師是名勇敢的實(shí)驗(yàn)者。不斷嘗試、改進(jìn)，無腿教授休·赫爾比健全人更能夠體察出假肢的好壞。

27年來，為了給自己一雙更好的腿，休·赫爾也設(shè)計(jì)了各種各樣的假肢?！爱?dāng)我還在和我的新身體打交道時(shí)，我把自己的腿看成一個(gè)巨大的鞋。一個(gè)人的鞋柜里可以有很多鞋子，所以一個(gè)人也可以有很多不同功能的假肢?！毙荨ず諣柕囊鹿窭锉銙熘@“很多不同功能”的假肢——有的用來奔跑；有的用來走路并帶有防水功能；有的專為征服陡峭的巖壁或冰墻設(shè)計(jì)，帶有可以楔入細(xì)小石縫的腳趾——這顯然已經(jīng)超過了人腿本身的功能……“經(jīng)常有人問我，如果有一位仁慈的天使愿意滿足你一個(gè)愿望，你會(huì)祈禱你的雙腿回來嗎？”休·赫爾給出的答案是——當(dāng)然不。“我的仿生腿已經(jīng)成為我認(rèn)知的一部分，”他說，“而且我會(huì)造出比人腿更好的腿來?！?/p>

改變殘疾定義

殘疾人可以擁有比正常人更好的腿？休·赫爾認(rèn)為，這絕非天方夜談。

如果關(guān)注過倫敦奧運(yùn)會(huì)，應(yīng)該還會(huì)記得那位“刀鋒戰(zhàn)士”——來自南非的短跑運(yùn)動(dòng)員奧斯卡·皮斯托瑞斯。他沒有雙腿，支撐他身體的是兩條薄如刀鋒的假肢，假肢底部還裝有帶鞋釘?shù)哪涂诵住灶A(yù)賽小組第二的成績跑進(jìn)了半決賽。事實(shí)上，他參加比賽，也引來諸多爭議，有人認(rèn)為他的假肢給他帶來了“不公平的優(yōu)勢”：比如說他的假肢比正常人腿輕、比正常人腿彈性好；肌肉在奔跑中產(chǎn)生的乳酸少，更不容易感到疲勞……

如果時(shí)光倒退20年，會(huì)不會(huì)有人認(rèn)為，穿著假肢是一種“作弊”?？焖侔l(fā)展的生物機(jī)械技術(shù)，改變了這一切。

生物機(jī)械工程，融合了生物學(xué)、機(jī)械學(xué)和電子學(xué)等多項(xiàng)學(xué)科，目的是發(fā)明能植入或接入身體的機(jī)器，讓機(jī)器幫助殘缺的身體執(zhí)行正常的生理功能，讓殘障人士實(shí)現(xiàn)身體的“自愈”，重新融入正常的社會(huì)生活。休·赫爾便是該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物之一。

有進(jìn)入過休·赫爾實(shí)驗(yàn)室的記者寫道：“在他的實(shí)驗(yàn)室里，這些人（不喜歡人工腿的人）大概會(huì)昏厥過去。這里到處是機(jī)器，電焊、電鋸，桌子、椅子、沙發(fā)上橫七豎八地躺著各種各樣的機(jī)械腿、腳踝、膝蓋、人工骨骼。”在這樣讓人“暈過去”的研究所里，他們利用包含嵌入式處理器、傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、模擬器件以及控制軟件在內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)，把機(jī)械工程與生物力學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制學(xué)相融合?！霸谇度胧较到y(tǒng)中，處理器就像人的大腦，傳感器像人的眼睛和耳朵，模擬器件就相當(dāng)于人體的肌肉，軟件算法則讓所有器官發(fā)揮功效?！?/p>

休·赫爾研究發(fā)明的機(jī)電控制腳踝，被《時(shí)代》雜志評為2004年十大發(fā)明之一；動(dòng)力腳踝則在2007年獲此殊榮。這套踝足假肢機(jī)器人系統(tǒng)，利用多個(gè)傳感器、微控制器和模擬器件來模仿人體肌肉骨骼結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，第一次給小腿截肢者提供了一個(gè)自然的步態(tài)。

還得提到休·赫爾創(chuàng)立的iWalk公司的PowerFoot。PowerFoot擁有12個(gè)傳感器和3個(gè)指甲大小的微型處理器，當(dāng)然還有電池和馬達(dá)。這些組成了一個(gè)精密控制系統(tǒng)，模擬腳和踝關(guān)節(jié)每一動(dòng)作環(huán)節(jié)的能量傳送機(jī)理。裝上PowerFoot之后，只需挪一小步，傳感器就會(huì)感知到使用者的運(yùn)動(dòng)，并自動(dòng)記錄力度、速度、路面等情況；同時(shí)處理器會(huì)做出相應(yīng)的反應(yīng)，調(diào)整假肢的狀態(tài)。

它甚至能讓人自如地架起二郎腿。不過，這樣的智能假肢價(jià)值不菲。

科學(xué)家們還有另外一個(gè)計(jì)劃，讓假肢真正成為人體的一部分，最大限度減少對外部機(jī)械和傳感裝置的依賴，這樣也可大大降低成本。休·赫爾的實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)有能聯(lián)通人體神經(jīng)系統(tǒng)的智能假肢?！斑@沒什么好大驚小怪的。”因?yàn)榇竽X對于肢體發(fā)出的信號本身就是一種電流，完全可以用電子元件進(jìn)行模擬。只需要事先在人體里以及假肢的肌肉上植入電子元件，通過這些電子元件接收和釋放信號，信息就能通過假肢傳遞到人的大腦了?！拔覀兿Ｍ揽壳度爰夹g(shù)或其他未來技術(shù)，在二十一世紀(jì)消除殘疾?！焙諣柹踔料嘈?，殘奧會(huì)運(yùn)動(dòng)員的成績會(huì)超過奧運(yùn)會(huì)運(yùn)動(dòng)員，“消除殘疾，同時(shí)模糊人與機(jī)器的界限，將是本世紀(jì)最重要的事件之一。”赫爾表示，不存在有身體缺陷的人，只存在有缺陷的技術(shù)。

現(xiàn)在，你還會(huì)用同情的眼神看著“殘障人士”休·赫爾嗎？事實(shí)上，休·赫爾可能會(huì)用他那似笑非笑地神情看著你，帶著一點(diǎn)對肢體健全者善意的嘲弄?！拔翌A(yù)言當(dāng)我80歲的時(shí)候，我會(huì)比健全的80歲老人走得更穩(wěn)更省力，甚至還能快跑。我的身體機(jī)能會(huì)衰老，但是我的人工腿，從某種意義上來說，是永遠(yuǎn)年輕的?！?/p>

責(zé)任編輯：尹穎堯