一半人身，一半机器

2014巴西世界杯开幕式一结束，网上就开始流传关于“开幕式上尴尬瞬间”的段子，其中一条是“几乎所有媒体都错过了这个激动人心的开球”。之所以令人激动，是因为这一脚球竟由一位截瘫的巴西青年踢出。然而当镜头终于从热闹的开场舞蹈转向开球一刻时，准确地说，它已经错过了那一刻，因为足球已经被踢了出去，并且被“裁判”抱起。

相较之前令人憧憬的宣传与动画演示，这短短几秒没抓到重点的转播画面确实“糟心”，毕竟，那本该是一个“见证奇迹的时刻”。

用意念开球

奇迹来自美国杜克大学“再次行走（WalkAgain）”项目的研究成果——被命名为BRA-Santos Dumont 的“脑控外骨骼”。更直白些，就是一款由脑电波控制的可穿戴机器人。

这款重约10公斤的BRA-Santos Dumont包裹着28岁的诺平托，让他看起来颇具科幻色彩。

离开轮椅后，BRA-Santos Dumont的机动化金属支撑结构支撑着诺平托的大腿，使他得以“站立”在地面上。紧接着，这位截瘫青年的大脑发出“开始走路”的信号，头盔负责捕捉这一意念，并以无线方式传输给诺平托背着的一台笔记本大小的计算机装置。之后，计算机将接收到的大脑信号转化为数字化的行动指令，使机械腿开始模拟腿部肌肉进行前后运动。对诺平托来说，他开始“走路”了。完成这一切只用了300毫秒，也就是0.3秒。

同样的原理，当诺平托走到足球面前时，他只要在脑中不断想象抬脚踢球，BRA-Santos Dumont的机械脚就会执行动作，把这个脑中的画面变成现实。

能够接收到意念的秘密在于BCI——脑机交互接口。随着科技的发展，这一技术已经没有看起来那么可怕。曾经，要使机械外骨骼读取到人体神经信号，需要将电极植入脑内才能实现，但现在只需将电极贴片贴在头皮上。用于开球的“脑控外骨骼”的头盔中就布满了此类非植入式脑电信号电极，以此读取使用者的脑电波信号，也就是大脑神经元所发出的信号。

为了使没有脚的诺平托在踢球时得到更真实的感受，BRA-Santos Dumont研发团队还在外骨骼机身与头盔上安装了传感器，它们被用于“感觉”机械脚接触足球以及落地时的力量，并通过振动电机反馈给诺平托的大脑。

然而，尽管能够完成踢球动作已经是科研水平的一大进步，也并不意味着机械外骨骼可以随着意念为所欲为。事实上，在完成一个动作之前需要大量的试验，为的就是能够采集到产生那个动作思维时使用者的脑电波信号，并记录下其中的相关特征。如此一来，当头盔再次捕捉到具有这个特征的信号并将它传输出去时，计算机就能够分辨出使用者想要执行的动作，从而产生一个控制机械外骨骼动作的信号。

但无论如何，巴西世界杯开幕式上这一高科技的展示，仍旧将一个讯息带给了全球数十亿的观众：大脑控制机器已不仅仅是实验室里的演示或是存在于电影中的幻想，那些因外伤或疾患而致残的人们，很有可能再次获得自由行动的能力。

成为钢铁侠

就机械外骨骼本身而言，帮助残疾人士只是研究的一个方面，除此之外，它还有更诱人的应用前景。比如，像好莱坞大片中霸气的钢铁侠那样，借由机械上身获得非一般的能量。

美国雷神公司发布的第二代外骨骼机械军用装备XOS2就被赋予“钢铁侠战衣”的美称。它重达90公斤，然而士兵在“穿”上它后，只会更加“自由”——借助于这种机械外骨骼，最高可以把使用者的力量增强17倍——一名士兵可轻松将200磅（约90公斤）的重物举起几百次而不会感到疲劳，能够重复击穿3英寸（约7.6厘米）厚的木板，就连负重做上千个俯卧撑也绝对不是问题。

使用时，XOS2上的动作感应器会感应到人体动作，并将数据传输到电脑进行计算，电脑发布相应的动作指令给各个联动装置，再通过液压助力系统，完成士兵想实现的动作。并且几乎已经可以达到无延迟的效果。

诸如此类的为大幅提高单兵战斗力而研发的还有HULC（人体负重外骨骼系统）、HAL5（机器助力服）等，然而受困于电源续航能力差、造价昂贵以及防护能力低等因素，打造“钢铁侠战士”仍需时日。

相比之下，机械外骨骼在民用领域的应用更为成功。应用此技术的机器看起来更像是《阿凡达》中的AMP服，即在驾驶舱中的人本身就是操作杆，套进具有传感系统的机械“袖子”后，只要挥动自己的手臂，就能使舱外的机械手做出相同的动作。它们多出现在救援现场，可以迅速清理现场的瓦砾碎片并尽快找到幸存者。

有如神奇的机械外骨骼，随着科技发展，人的智能与机器有了更为亲密的结合，而科幻世界也就因此离我们更近了。

本栏目责任编辑： 李俏云（lqy5211314@126.com）