人类穿上机器人外骨骼为世界杯开球

2014 年世界杯最重要的时刻可能不是在世界杯决赛中，而是在比赛开始的最初几分钟。如果一切按计划进行，明天在圣保罗举行的开幕式上，一位瘫痪者将从轮椅上站起来，走几步，将足球踢进球门。这一壮举将得益于“重返行走”项目，该项目是由一个国际科学家团队开发的电池供电、意念控制的外骨骼。据该项目首席科学家、杜克大学神经科学家 Miguel Nicolelis 博士称，这一踢球将向世界发出信号，轮椅很快就会过时。

自去年以来，尼古拉斯一直关注着 2014 年世界杯，认为这是科学取得胜利的绝佳机会。“我认为这是展示世界杯不仅仅是足球和派对的一种方式，”他说。他希望除了足球之外，巴西最受欢迎的话题将是神经科学。

外骨骼系统由一个头盔、一件装有传感器的 T 恤、金属腿部支架和背包中的电池组成。当用户想象自己踢腿时，外骨骼系统便会开始运动。芯片将这些电子命令转换成数字语言，为外骨骼提供动力，然后外骨骼随之移动。T 恤会振动，以增强用户的运动感（并且无需看脚来判断是否向前迈步）。

“它不会出现任何不稳定的情况，”科罗拉多州立大学研究副总裁兼项目执行总监 Alan Rudolph 博士说道。“硬件和人类信号的整合将发挥重要作用，实现真正优雅的精细运动控制。”

与之前的外骨骼假肢相比，该假肢的主要进步在于患者可以通过思维无缝控制外骨骼的运动。Nicolelis 表示，“大脑与外骨骼之间的互动变得如此生动、清晰，以至于 [患者] 感觉自己就像在自己行走。这是身体在工作，而不是外骨骼。”

尼古拉斯的祖父患有帕金森病，祖母多次中风，看到这些疾病“毁灭性的影响”，他决心改善瘫痪患者的生活。20 世纪 90 年代，尼古拉斯帮助制造了第一只意念控制手臂。2008 年，尼古拉斯和他的团队使用类似的脑机接口，在恒河猴身上测试了外骨骼的意念控制能力。起初，猴子穿着这套衣服在跑步机上奔跑，并通过监视器观看日本的一个机器人模仿它的动作。最后，猴子能够站着不动，并仅通过意念让机器人慢跑。

脑机接口工作后，下一个任务是设计一套“让机器人和受试者能够感知世界的套装”，该项目的首席机器人工程师、慕尼黑工业大学的 Gordon Cheng 表示。“我们开发的新型皮肤传感器具有与人类皮肤相同的功能——能够感知温度、预接触、触摸、振动。这里真正的创新实际上不仅仅是传感器本身，还有我们部署它们的方法，通过先进的算法自动自组织数百个传感器单元。此外，我们还在外骨骼内使用这些传感器来监测受试者的舒适度和运动。”

2013 年 1 月，在巴西政府提供的 2000 万美元资助下，尼科莱利斯组建了一支由来自六个国家的 166 名神经科学家、机器人专家、技术人员和实验室工作人员组成的团队，当时距离世界杯开幕只有 18 个月。“他们都是我的私人朋友，大多数人都决定免费工作，”尼科莱利斯谈到他雄心勃勃的团队时说道。

今年春天，人体外骨骼在法国进行了最后的测试，而在圣保罗，一组八人（其中一人将被选中进行里程碑式的踢腿）在虚拟现实模拟器上进行训练，类似于飞行员在飞行学校的训练。据尼科莱利斯说，到 5 月的最后一周，所有八名患者都感觉运动过程“毫不费力”。

“最大的挑战是克服怀疑，”尼科莱利斯在谈到那些怀疑该项目能否在 6 月份完工的人时说道。“我们知道这是有可能的。大多数人认为这是一个好主意，但实际上是不可能的。”

尼科莱利斯目前正在开发一种更先进的外骨骼，它将通过直接植入用户大脑的微芯片进行操作。直接植入将收集更多的神经元数据并提高动作的流畅性。他预计世界杯的演示将产生必要的动力，使使用脑机接口的设备在不久的将来变得普遍。最终，他希望这套衣服能使中风患者、车祸幸存者、受伤士兵，甚至有跌倒风险的老年人恢复一些自理能力。

“我毫不怀疑，10 年后你会看到人们戴着这些设备在街上行走，”他说。“这基本上向人们展示了这一技术能够更快实现的希望。”他相信，30 年后，外骨骼将使瘫痪患者能够参加奥运会。

“当你设定了目标，设定了最后期限，这是值得的，你可以聚集世界上最优秀的人才，”尼科莱利斯说。“这就是我们想向全世界的孩子们展示的。科学可以改变很多人的生活。”