張蓋倫

本期關鍵詞：

生物機械工程

生物機械工程，融合了生物學、機械學和電子學等多項學科，目的是發(fā)明能植入或接入身體的機器，讓機器幫助殘缺的身體執(zhí)行正常的生理功能，讓殘障人士實現(xiàn)身體的“自愈”，重新融入正常的社會生活。休·赫爾便是該領域的領軍人物之一。

“下面，我們歡迎來自MIT的休·赫爾教授（Hugh Herr）?！?/p>

在掌聲中，休·赫爾大步流星走上臺去。他身材修長，禮貌地與主持人握手，然后走向演講臺的中央。如果不是已經知道他受過截肢手術，鮮有人會關心他深灰色的褲子里到底有什么異樣。在一些演講中，他會挽起自己的褲子，讓觀眾看到他的機械腿：“多么漂亮和性感?！彼Q呼自己是“由鈦、硅和碳以及各種零部件組成的生物”。

休·赫爾教授是MIT媒體實驗室（MediaLab）生物機械工程研究所主任，研究人與機器如何融合；也是“智行（iWalk）”公司的聯(lián)合創(chuàng)始人和首席科技官。他還有個身份，一名狂熱的登山愛好者——即使在他失去雙腿之后，仍是。

改變命運的登山事故

休·赫爾早早地便展現(xiàn)出了自己非凡的登山天賦。

在17歲事故發(fā)生之前，他已經因為登山而聞名全美。媒體報道他的運動成績，稱贊他為當時最優(yōu)秀的登山運動員之一。1982年，發(fā)生在新罕布什爾州華盛頓山的一場暴風雪，將休·赫爾的人生軌跡徹底改變。在那場暴風雪中，他與一同登山的朋友迷失了方向，墜入峽谷，兩人在山中度過了3個溫度接近-30℃的寒夜。一直到第四天，他們才被發(fā)現(xiàn)并救出?！拔腋绢櫜簧瞎茏约旱纳眢w狀況?！边@是因為休·赫爾得知，在營救他們的過程中，一名志愿者因為雪崩不幸罹難，“救援人員因為我而犧牲，這樣的噩耗快要將我擊垮。”

一個醫(yī)療小組為保住這位登山天才的雙腿，對休·赫爾進行了數(shù)月的治療。但是，因為嚴重凍傷，休·赫爾雙腿膝蓋以下仍然全部被截去。“在手術之前，我已經做好失去雙腿的心理準備。但當我從術后麻醉醒來，望向我的腿，我仍然很驚訝——我的腿只剩下這么一點點?！?/p>

醫(yī)生同時對休·赫爾的登山生涯宣判了死刑。此前休·赫爾一直覺得，登山就是他生命的意義。“我對自己說，現(xiàn)在，我面臨著兩個選擇。”一個，是任自己墮入絕望的深淵，自怨自艾，感嘆命運的不公；另一個，是盡最大的努力，讓生命駛入充滿正能量的軌道?！拔覜Q定，一定要在有生之年做出有價值的事情，這才是對為我獻出生命的人最好的紀念。”

休·赫爾說，在這種潛在的強大情感支撐下，他得以離開病床，并重新挑戰(zhàn)山巔。

從頭再來設計假肢

僅僅數(shù)月之后，休·赫爾就干了一件醫(yī)生們斷言不可能的事情：重新攀登。他憑借自己設計的假肢，爬出了比事故前更好的登山成績。

雙腿健全時的休·赫爾是一個“冷漠”的學生，他并不是什么機械狂熱分子。他專注于機械修理，僅僅是因為那給他騰出了更多登山的時間。 然而事故之后，機械方面的知識突然變得“有用”了?！拔业谝淮巍┥霞僦臅r候，身體疼痛，而且很不靈活?！蹦菚r休·赫爾已經學了一些制作方法，便開始對假肢進行改良。帶他重回登山運動的那套假肢，有堅硬“腳趾”，可以站在硬幣大小的巖石表面上。

被截去雙腿，讓休·赫爾對數(shù)學和科技的掌控能力顯現(xiàn)了出來。他著了迷奮發(fā)鉆研，先是在麻省理工學院獲得了機械工程碩士學位，后在哈佛大學取得生物物理學博士學位，并在做生物醫(yī)學器械博士后的時候，開始研究仿生腿的假肢機器人系統(tǒng)?！叭绾窝永m(xù)我的夢想？我給出的答案是，依靠科技?！?/p>

在寫博士論文期間，赫爾的雙手無法正常工作，于是他把鉛筆嵌在墨鏡框上，戴著墨鏡，用腦袋打字。曾與赫爾一同在哈佛大學共事過的教授克拉姆回憶說：“他當時快要累癱了。每走一步，他都在想著如何把假肢做得更好。”

為了讓假肢更好，在媒體實驗室內，休·赫爾也是這里各項發(fā)明的“試用者”。他的一位學生回憶道，在最近一次實驗中，新設計的一只假肢肢槽突然破裂，休·赫爾迅速抓住了旁邊的杠子才沒有摔倒。然后，他單腿蹦到最近的椅子上，坐下，和學生一起分析問題到底出在哪里?！霸谡勗捴形覀內员舜碎_著玩笑，幾分鐘過后，我回到電腦前，開始改進我的設計?！睂W生說，赫爾老師是名勇敢的實驗者。不斷嘗試、改進，無腿教授休·赫爾比健全人更能夠體察出假肢的好壞。

27年來，為了給自己一雙更好的腿，休·赫爾也設計了各種各樣的假肢?！爱斘疫€在和我的新身體打交道時，我把自己的腿看成一個巨大的鞋。一個人的鞋柜里可以有很多鞋子，所以一個人也可以有很多不同功能的假肢?！毙荨ず諣柕囊鹿窭锉銙熘@“很多不同功能”的假肢——有的用來奔跑；有的用來走路并帶有防水功能；有的專為征服陡峭的巖壁或冰墻設計，帶有可以楔入細小石縫的腳趾——這顯然已經超過了人腿本身的功能……“經常有人問我，如果有一位仁慈的天使愿意滿足你一個愿望，你會祈禱你的雙腿回來嗎？”休·赫爾給出的答案是——當然不?！拔业姆律纫呀洺蔀槲艺J知的一部分，”他說，“而且我會造出比人腿更好的腿來?！?/p>

改變殘疾定義

殘疾人可以擁有比正常人更好的腿？休·赫爾認為，這絕非天方夜談。

如果關注過倫敦奧運會，應該還會記得那位“刀鋒戰(zhàn)士”——來自南非的短跑運動員奧斯卡·皮斯托瑞斯。他沒有雙腿，支撐他身體的是兩條薄如刀鋒的假肢，假肢底部還裝有帶鞋釘?shù)哪涂诵住灶A賽小組第二的成績跑進了半決賽。事實上，他參加比賽，也引來諸多爭議，有人認為他的假肢給他帶來了“不公平的優(yōu)勢”：比如說他的假肢比正常人腿輕、比正常人腿彈性好；肌肉在奔跑中產生的乳酸少，更不容易感到疲勞……

如果時光倒退20年，會不會有人認為，穿著假肢是一種“作弊”?？焖侔l(fā)展的生物機械技術，改變了這一切。

生物機械工程，融合了生物學、機械學和電子學等多項學科，目的是發(fā)明能植入或接入身體的機器，讓機器幫助殘缺的身體執(zhí)行正常的生理功能，讓殘障人士實現(xiàn)身體的“自愈”，重新融入正常的社會生活。休·赫爾便是該領域的領軍人物之一。

有進入過休·赫爾實驗室的記者寫道：“在他的實驗室里，這些人（不喜歡人工腿的人）大概會昏厥過去。這里到處是機器，電焊、電鋸，桌子、椅子、沙發(fā)上橫七豎八地躺著各種各樣的機械腿、腳踝、膝蓋、人工骨骼?！痹谶@樣讓人“暈過去”的研究所里，他們利用包含嵌入式處理器、傳感器、無線網絡、模擬器件以及控制軟件在內的嵌入式系統(tǒng)，把機械工程與生物力學、神經網絡控制學相融合。“在嵌入式系統(tǒng)中，處理器就像人的大腦，傳感器像人的眼睛和耳朵，模擬器件就相當于人體的肌肉，軟件算法則讓所有器官發(fā)揮功效。”

休·赫爾研究發(fā)明的機電控制腳踝，被《時代》雜志評為2004年十大發(fā)明之一；動力腳踝則在2007年獲此殊榮。這套踝足假肢機器人系統(tǒng)，利用多個傳感器、微控制器和模擬器件來模仿人體肌肉骨骼結構和運動，第一次給小腿截肢者提供了一個自然的步態(tài)。

還得提到休·赫爾創(chuàng)立的iWalk公司的PowerFoot。PowerFoot擁有12個傳感器和3個指甲大小的微型處理器，當然還有電池和馬達。這些組成了一個精密控制系統(tǒng)，模擬腳和踝關節(jié)每一動作環(huán)節(jié)的能量傳送機理。裝上PowerFoot之后，只需挪一小步，傳感器就會感知到使用者的運動，并自動記錄力度、速度、路面等情況；同時處理器會做出相應的反應，調整假肢的狀態(tài)。

它甚至能讓人自如地架起二郎腿。不過，這樣的智能假肢價值不菲。

科學家們還有另外一個計劃，讓假肢真正成為人體的一部分，最大限度減少對外部機械和傳感裝置的依賴，這樣也可大大降低成本。休·赫爾的實驗室里已經有能聯(lián)通人體神經系統(tǒng)的智能假肢?！斑@沒什么好大驚小怪的?！币驗榇竽X對于肢體發(fā)出的信號本身就是一種電流，完全可以用電子元件進行模擬。只需要事先在人體里以及假肢的肌肉上植入電子元件，通過這些電子元件接收和釋放信號，信息就能通過假肢傳遞到人的大腦了。“我們希望依靠嵌入技術或其他未來技術，在二十一世紀消除殘疾?！焙諣柹踔料嘈?，殘奧會運動員的成績會超過奧運會運動員，“消除殘疾，同時模糊人與機器的界限，將是本世紀最重要的事件之一?！焙諣柋硎荆淮嬖谟猩眢w缺陷的人，只存在有缺陷的技術。

現(xiàn)在，你還會用同情的眼神看著“殘障人士”休·赫爾嗎？事實上，休·赫爾可能會用他那似笑非笑地神情看著你，帶著一點對肢體健全者善意的嘲弄?！拔翌A言當我80歲的時候，我會比健全的80歲老人走得更穩(wěn)更省力，甚至還能快跑。我的身體機能會衰老，但是我的人工腿，從某種意義上來說，是永遠年輕的?！?/p>

責任編輯：尹穎堯