周華明

博士的觸手

About the Film

2004年，《蜘蛛俠2》上映了，作為超級(jí)英雄系列電影的第二部，蜘蛛俠不僅要?dú)驍_亂世界的反派，還要應(yīng)對(duì)在第一部中開(kāi)始懷疑他就是超級(jí)英雄的親人朋友——他必須瞞著他們，即使這樣會(huì)傷害自己。然而，這些小打小鬧不算什么，真正的反派——高智商瘋狂科學(xué)家章魚博士閃亮登場(chǎng)了！為了更好地操作實(shí)驗(yàn)設(shè)備，章魚博士為自己安裝了四只機(jī)械手臂，這些手臂極其靈活，看上去就像章魚的觸手。但試驗(yàn)失敗了，博士被觸手的人工智能影響淪為反派，這四只觸手大發(fā)神威，動(dòng)輒擋下子彈、掀翻汽車，更把“小蜘蛛”打得“滿地找牙”。

轉(zhuǎn)眼10年過(guò)去了，現(xiàn)實(shí)中的科學(xué)家們并未搞定蜘蛛基因，讓人能彈出蛛絲，但章魚博士那科幻感十足的四只機(jī)械觸手，值得在現(xiàn)實(shí)中討論一番——它們由冰冷機(jī)械構(gòu)成，卻似活物般靈動(dòng)，本質(zhì)是連接人體的機(jī)械義肢，而這個(gè)領(lǐng)域正屬于科技前沿的熱點(diǎn)。

Real Story

觸手怎么做

電影并未詳細(xì)介紹章魚博士操作觸手的方式，我們可以從其觸手表現(xiàn)的細(xì)節(jié)得到以下推論：一，觸手自身具有智能，所以它失控后，會(huì)反過(guò)來(lái)影響博士的思維；二，觸手通過(guò)刺入脊椎的探針與博士的意識(shí)直接溝通。

這兩個(gè)推論切實(shí)反映了現(xiàn)實(shí)中機(jī)械義肢需要解決的兩大問(wèn)題：一，如何操控；二，如何保證動(dòng)作精準(zhǔn)性。首先，義肢要能直接受人控制，如使用者想抓住一個(gè)杯子，義肢就要立刻對(duì)他的意愿作出反應(yīng)，而不需要輸入復(fù)雜的指令來(lái)實(shí)現(xiàn)該操作。其次，義肢要能理解操作目標(biāo)，仍以抓杯子為例，它得抓住杯子，而不是把杯子推開(kāi)，或把杯子握碎。但冷冰冰的機(jī)械如何能實(shí)現(xiàn)這一切呢？

章魚博士采用了探針刺入脊椎的方法，讓機(jī)械裝置（觸手）與他的中樞神經(jīng)系統(tǒng)直接相連。觸手擁有人工智能，可以分析主人的意愿并加以實(shí)現(xiàn)；觸手裝備的攝像頭則可用于識(shí)別目標(biāo)、判斷距離，從而實(shí)現(xiàn)精確操作。當(dāng)然，現(xiàn)實(shí)中不會(huì)用脊椎穿刺這么暴力的手法，科學(xué)家只敢用放置在頭皮上的外部電極來(lái)監(jiān)測(cè)神經(jīng)系統(tǒng)的活動(dòng)。好處是不用在腦袋上鉆孔，壞處是信號(hào)過(guò)于粗糙，并且容易受到其他電子設(shè)備的干擾。因此，一些科學(xué)家嘗試采用侵入度更高的方案，例如使用高密度的硅探針，穿刺進(jìn)頭顱來(lái)采集大腦活動(dòng)發(fā)出的電信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中，一位癱瘓的被試者成功地以意念操作機(jī)械臂端起咖啡杯并喝了一口。

一家名為Touch Bionics的英國(guó)公司所提供的機(jī)械義肢，已可在使用者的操縱下實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的動(dòng)作，包括握筆、舉杯，甚至系鞋帶，但它仍是通過(guò)使用者的斷肢肌肉來(lái)控制機(jī)械手的，且只能執(zhí)行預(yù)設(shè)的幾個(gè)操作。

Future Science

神經(jīng)系統(tǒng)與機(jī)械融合

那么章魚博士豈不是快跨入現(xiàn)實(shí)了？很遺憾，最后的一步往往是最難邁出的。

第一個(gè)攔路虎，就是人工智能。電影中章魚博士的機(jī)械臂有高度發(fā)達(dá)的人工智能，甚至在博士想要自我毀滅時(shí)，會(huì)主動(dòng)影響他的意識(shí)以求生存下去。也只有這樣的人工智能，才能自覺(jué)地進(jìn)行各項(xiàng)自主操作，保證對(duì)目標(biāo)的精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，不需要博士事無(wú)巨細(xì)地下命令控制。目前，科學(xué)家就卡在了這一點(diǎn)上。一方面是沒(méi)有這么強(qiáng)大的人工智能，另一方面是沒(méi)有足夠強(qiáng)大而又微型的計(jì)算機(jī)來(lái)承載這樣的人工智能。一般的方案是通過(guò)大型計(jì)算機(jī)接收電極偵測(cè)到的信號(hào)，解碼并轉(zhuǎn)換為義肢可以理解的“機(jī)械語(yǔ)言”，再通過(guò)無(wú)線電信號(hào)控制機(jī)械手的行動(dòng)。但可想而知，這一整套解決方案，絕不可能小型化到讓人背在身上飛檐走壁……

第二個(gè)攔路虎，是如何連接人體和機(jī)械。雖然可以用頭顱穿刺電極來(lái)獲得精確的信號(hào)，但大腦會(huì)將電極視為外來(lái)侵入物。人體主動(dòng)排除侵入物的結(jié)果是導(dǎo)致電極可獲得的信號(hào)越來(lái)越少、越來(lái)越弱。目前還沒(méi)有很好的解決方案，而且頭顱探針畢竟有些駭人，不是所有人都愿意用頭上扎滿針的代價(jià)來(lái)?yè)Q一只機(jī)械義肢的。

幸而大腦和神經(jīng)系統(tǒng)天生具有適應(yīng)能力，大量手臂移植和斷肢再連的手術(shù)證明，大腦會(huì)自動(dòng)適應(yīng)，神經(jīng)會(huì)向著其他神經(jīng)生長(zhǎng)，甚至?xí)蛹{移植的神經(jīng)。目前科學(xué)家們正在尋找一種不會(huì)被免疫系統(tǒng)排斥、又能導(dǎo)電的有機(jī)合成物，讓義肢里的電子設(shè)備可以和斷肢的神經(jīng)連接在一起。如果大腦非凡的適應(yīng)能力能讓人體“理解”來(lái)自義肢的電子信號(hào)，那肉體與機(jī)械將能真正地連接在一起。