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TED:创新彷生学,让我们重新奔跑、攀爬、起舞
作者: 来源: 2014-07-11

  导读:1982 年,攀岩天才 Hugh Herr 在一场暴风雪中迷路,困在山中,由于严重冻伤,在获救后他截去了双腿。对正常生活的渴望,使他开始投身科技,他加入了 MIT 的生物机械工程研究所,潜心于仿生义肢系统,并成为领军人物。


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  1982年发生在新罕布什尔州华盛顿山的那场暴风雪,彻底改变了美国攀岩天才HughHerr的人生轨迹。此前,他已是闻名全美的登山家,而在那场暴风雪中,HughHerr迷了路,被迫在山中度过了3个温度接近-30℃的黑夜。在被解救后,HughHerr的双腿因为严重冻伤,而不得不截去了膝盖以下的肢体。

  “在手术过程中我一直在想,如何才能继续我的梦想?”HughHerr回忆说,“我的答案是――依靠科技。”现在,HughHerr使用各种技术来帮助自己像正常人一样生活和工作。其中,他最为依赖的是“他的”嵌入式系统,一种可以“穿”在身上,融合了感知、计算和互联的智能仿生技术。

  只用了几个月,HughHerr就依靠自己设计的“有坚硬脚趾”、可以站在“硬币大小”岩石表面的假肢,重新回到了其钟爱的登山运动中。此后,HughHerr在麻省理工学院(MIT)拿到了机械工程硕士和生物医学博士学位,并在做生物医学器械博士后的时候,开始研究仿真人腿的假肢机器人系统。

  HughHerr领导着MIT媒体实验室(MediaLab)生物机械工程研究所的工作。在这个研究所中,他们利用包含嵌入式处理器、传感器、无线网络、模拟器件以及控制软件在内的嵌入式系统,把机械工程与生物力学、神经网络控制学相融合。“在嵌入式系统中,处理器就像人的大脑,传感器像人的眼睛和耳朵,模拟器件就相当于人体的肌肉,软件算法则让所有器官发挥功效。”与HughHerr一起工作的嵌入式半导体方案供应商飞思卡尔全球消费电子及工业类应用传感器产品部运营总监WayneChavez形象地比喻说。

  在HughHerr设计的人工膝盖中,传感器和处理器可以持续感知关节的位置和适于肢体的负载,以便去协调腿部运动;而他设计的世界上第一个踝足假肢机器人系统,利用多个传感器、微控制器和模拟器件来模仿人体肌肉骨骼结构和运动,第一次给小腿截肢者提供了一个自然的步态。如今,这些“可穿戴的机器人”部分已经商用化,正在帮助残障人士实现身体的“自愈”,并让他们以越来越自然的方式来生活。

  HughHerr自己也穿戴了这样一个踝足假肢,它包含5个微处理器和12个传感器。每个月,HughHerr都对它们进行升级,希望如此训练到80岁时,这对假肢能够变成自己的“血肉之躯”。“很快,会有其他传感器植入到我的肌肉组织中,它们可以感受肌肉的运动,再与假肢系统互动。”HughHerr对记者说,“再过50年,假肢也可以把它感受到的信息映射给嵌入到我肌肉的传感器,这样,我就可以感觉到假肢的感受,感觉假肢‘肌肉’的收缩和拉伸,判断我现在走路的状况是否适合假肢,从而帮助我更好地行走。”

  除了假肢机器人系统,MIT媒体实验室的研究人员也在利用嵌入式技术来实现其他生物技术的突破。一些研究人员像安装太阳能面板那样,把一些微小的嵌入式阵列植入大脑,对大脑某些区域进行特定的干预和刺激,来治疗某种疾病。例如,他们通过100Hz的声波系统让大脑某个区域产生愉悦感,让有自杀念头的人放弃这个想法,这种方法还可以治疗抑郁症。“世界上有一半的人存在某种程度上的认知困难,我们希望依靠嵌入式技术和其他未来技术,在本世纪末消除这些残疾。”HughHerr阐述了他们的理念。

  Hugh Herr is building the next generation of bionic limbs, robotic prosthetics inspired by nature's own designs. Herr lost both legs in a climbing accident 30 years ago; now, as the head of the MIT Media Lab’s Biomechatronics group, he shows his incredible technology in a talk that's both technical and deeply personal — with the help of ballroom dancer Adrianne Haslet-Davis, who lost her left leg in the 2013 Boston Marathon bombing, and performs again for the first time on the TED stage.