賽運會：半機械人的奧運會下
#上篇介紹了首屆半機械人運動會Cybathlon，本文繼續介紹賽運會的一些人一些事
轉行的化學工程師
50歲的Vance Bergeron是法國里昂高等師範學院的一名化學工程師。作為一個業餘的自行車運動員，Bergeron每年都會騎行7000公里，其中大部分還是在阿爾卑斯山脈的陡峭山路上完成的。但是2013年2月，在一場自行車-汽車相撞事故中，他頭部著地，頸椎骨折。醒來之後，Bergeron得知自己再也不能控制雙腿，手臂也只能做有限的運動。
準備起步的FES騎手
在卧床恢復的幾個月裡面，Bergeron開始尋找讓自己繼續騎行的方法。他開始學習神經科學，著重研究像機械人手臂那樣的假肢，他想把自己變成半機械人：人類和機械的結合。有一種叫做FES(功能性電刺激)的技術，可以向萎縮的肢體或殘肢發送電信號、刺激肌肉收縮並恢復一定的運動能力。這正是Bergeron想要的技術。
坐上輪椅回到實驗室，Bergeron把研究方向轉到了FES上面。實驗室團隊在他本人身上做實驗，找到了如何刺激腿部肌肉，讓腿部彎曲和蹬踏和最後驅動一輛自行車的方法。「我就是自己的試驗對象，這個雙贏局面簡直不要太美好。」但即使每天堅持鍛煉，Bergeron的雙腿也只能輸出20瓦特的功率，只有一個正常騎手的十分之一。希望他的碳纖維三輪車可以助他一臂之力，在FES自行車賽裡面贏下一枚獎牌。
動力假腿項目中的「踏石過河」，需要很高的協調能力
BCI技術
BCI(腦機介面)比賽中，機師會戴著一個電極帽，使用特定的思考方式來讓角色作出前進、跳躍和滾地三個動作。原則上，機師可以通過思考任何事情來控制角色的三種狀態。英國艾塞克斯大學的一個研究團隊就設計了這麼一個演算法：當機師在想自己的手、腳或者計算一個數學式的時候，角色就會作出三種不同的動作。
這裡檢測的腦電信號的強度是很微弱的，而且每個人有自己獨特的信號模式，因此很難從整體的腦電波之間分辨不同的動作指令。特別是當機師被場內的歡呼聲和體內的腎上腺素分散注意力的時候，情況更是如此。
BCI機師正在和團隊交流
BCI技術可能永遠不會讓使用者在現實世界中跑跑跳跳，因為檢測肌肉的電信號要比檢測腦電信號容易得多。但是在降低成本和提高準確度之後，殘疾人可以利用BCI來控制輪椅、屏幕上的游標甚至是可以與別人進行視頻通話的機器人(來「參加」某種活動)。「事實上，這個運動會把實驗室里的BCI技術搬到了實際應用中，意味著它是有發展潛力的。」
越來越先進的假臂
即使是最先進的工程學設計也比不上精妙的人體。當一個人試圖用自己的手去拿起一支筆的時候，他的大腦和周圍神經系統會共同決定手要伸多遠、如何精準地彎曲每一根手指的每一個關節和要用多大的力氣————一切都是在無意識下發生的。傳統的假臂，例如之前說到的鉤子手，需要使用者有意識的控制。這是一件很困難的事，也讓很多殘疾人拒絕使用這種假肢。
真假臂配合開罐頭
要克服這一點，科學家就要利用肌肉和神經的信號來預測使用者下一步想要做什麼。一支名叫「質量衝撞」的隊伍就做到了這一點。他們的機師是前殘奧會滑雪運動員Danny Letain，在1980年的一次鐵道事故中失去了左臂。
Letain的殘肢上貼上了一系列的按鈕。根據以前的記憶，他在腦海中想像用左手做出11個特定動作中的一個，比如說用食指指向某個方向。這時殘肢上的肌肉會按下按鈕，控制假臂做出相應的動作。幸運的是，即使左臂的幻肢痛已經消失了很久，Letain用於控制手指的大腦迴路仍然可以正常工作。「我用上了荒廢整整35年的左手啦！」
他在幹嘛？搖色子？
瑞典查爾姆斯理工大學的團隊開發出一種既可以運動又有感覺的雙向假臂：永久植入使用者的骨頭裡，9個電極將殘肢上的信號傳導到假肢，也將假肢上的感測器信號傳導到殘肢里的感覺神經。機師Magnus Niska是世界上唯一一個在實驗室之外穿戴過這種假臂的人，團隊負責人希望這支假臂中的旗艦型號可以在比賽中給Niska帶來優勢。
從步行到騎行
在FES自行車項目中，脊髓受損的選手們需要在環形賽道上踏著踏板騎行750米。包括Bergeron在內，很多選手用貼在皮膚上的電極來刺激腿部肌肉。然而凱斯西儲大學的團隊運用了類似雙向假臂的策略，用手術的方法將電極直接植入機師的肌肉。通過一個外部設備，機師可以從菜單里選擇自己想做出的動作(例如「坐下」)，一個植入體內的刺激器就會使不同的肌肉按正確的方式進行收縮。
自行車上的追風少年
當領隊Ronald Triolo聽說賽運會的時候，他意識到可以將「騎自行車」加入到動作菜單里。團隊在三輪車上安裝了感測器，在騎行過程中可以檢測騎手的雙腿處於什麼角度，自動協調兩個踏板的推出和拉回。
Triolo的全部27個病人都想參加這個項目，經過一輪篩選後，幾位機師被選出參加這次的賽運會。「我們想要去瑞士贏下這個項目，並且以此為跳板讓我們的病人參與更多的體育鍛煉。」
可以下樓梯的動力輪椅
競爭與博弈
一開始，Triolo，Reiner和一些同行認為賽運會的競爭性質是很愚蠢的，「我們應該採用跨國合作的方式來解決這些問題，而不是靠相互競爭。」但最後Triolo還是想通了：起碼自己能從這個比賽里學到一點東西。Reiner則希望這種公開透明的競爭可以比傳統的學術研究更能激發研究者的創造力。畢竟在傳統的研究過程中，科學家們總要擔心成果的知識產權和同事之間的科研經費的競爭。
哈佛商學院的新興經濟學家Karim Lakhni指出，這種競爭也迫使科學家更快地完成工作，讓科學技術的快速應用成為可能。例如在2005年，美國國防高級研究計劃局提出一個獎金為兩百萬美元的比賽之前，全世界對無人汽車的研究就已經萎靡了幾十年了。而11年之後，現在的Google的無人汽車已經上路測試了。「這個比賽也會起同樣的作用。」賽運會沒有設置獎金，但僅僅是獎牌帶給科學家的認同感也會促使他們在科研路上繼續努力。
學步車裡的動力外骨骼機師
這個比賽的另一個好處可能就是讓默默無聞的行業小蝦米可以和那些財大氣粗的重量級選手同台競技了。奧托博克集團，總部設在德國，擁有數十億歐元的資產，世界上最大的假肢生產商，參加了三個項目。其中之一是動力外骨骼賽跑，需要脊髓受損的機師利用一個外部支撐系統通過一系列的障礙。奧托的女機師Lucia Kurls由於脊柱腫瘤失去了控制雙腿的能力。而在各種感測器、電極和馬達的幫助下，現年60歲的她可以在奧氏民用腿部支架里走上12公里的距離。
「是的，我們就是來這裡炫耀自家技術的，同時也看看同行們做得怎麼樣了。」但對於各種大學牌黑馬們的原型黑科技，巨頭也表示很感興趣。
略顯孤獨的三劍客
而一家墨西哥的新興企業，INDI工程設計，則決定用價格取勝。與價值75000美元的奧氏產品不同，INDI牌支架的關節由刮雨器馬達驅動，大部分的架身是3D列印出來的。
總裁Jesús Tamez-Duque希望可以通過參加這次比賽來吸引更多合作，同時證明墨西哥也在這個領域裡有一席之地。「在我們看來，賽運會匯聚了全世界的頂尖機器人實驗室，而INDI正在向著這個目標前進。」
以下是幾張相關圖片
世界上首位依靠外部設備將控制信號從大腦發送到肌肉的癱瘓病人。在他的大腦表面有一枚採集信號的晶元。
盲人裝上人工視網膜後可以分辨明暗，但還不能完全恢復視力
依靠患者自身神經控制的假肢
軍用腿部動力外骨骼，能有效增加士兵負重和行軍能力
人类发现了一种新型火焰妻子和女友，日本男人的底线在哪儿？
TAG:煎蛋 |