钢铁侠还是阿凡达!科学家组织了一场顶级半机械人奥运会

编译 小野

2016-09-23 09:31 来源:澎湃新闻

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里约奥运会结束了,闭幕式的最后东京呈现了一段极具未来感、高科技元素满载的表演,不仅有镭射激光而且连哆啦A梦也有登场,这让不少网友直呼“或许这将是突破次元壁的一次奥运会”。事实上目前科学技术的发展已经超乎很多人的想象,像电影《钢铁侠》一样的智能机械装备已经日趋成熟,甚至,已经有科学家组织了一场全球最顶尖的半机械人运动会。
本文为编译,有部分删节。来源:nature.com
这场名为Cybathon的半机械人运动会在今年8月初于苏黎世举行。从小型的特邀小组到全世界最大的先进假肢制造商,来自25个国家的80余个研究团队将带着他们的顶尖技术参加这个“半机械人的奥运会”。包括科学家、工程师、工作人员和参赛者在内的300人参与了以下的六个项目:BCI(脑机接口,即大脑直接控制机器)、FES(功能性电刺激)自行车、动力假臂、动力假腿、动力外骨骼和动力轮椅竞赛。
比赛场地设置在苏黎世的冰上曲棍球场,众多电视媒体到场报道,每支队伍都身穿自己的队服,半机械人运动会看起来就和残奥会差不多。但是残运会里面只能使用普通的轮椅、商业化的非动力假肢和其他类似的辅助设备,要求运动员依靠自身的肌肉力量赖进行比赛。而半机械人运动会尊崇的是技术和创新,使用的是自带动力的假肢(很可能还只是实验室里的试验品),操作这些装置的人也不叫“运动员”而是称为“机师”。这个运动会希望通过比赛来加速技术的发展,并且最终让全世界的人都能从中受益。
半机械人运动会宣传漫画,描绘了比赛中的六个项目
半机械人运动会的起源可以追溯到2012年11月的一次慈善挑战,在一场摩托车事故中失去了一条腿的Zac Vawter装上了一具试验性的动力假肢并且仅仅用了45分钟就登上了103层高的芝加哥威利斯大厦。这项壮举不仅震惊了媒体,也让瑞士理工学院的生物医药工程师Robert Reiner开始思考:他和很多实验室都在研制类似的动力假肢,却没有用在真正有需要的残疾人身上。为什么不像Vawter一样,用一场使用动力假肢的比赛来吸引公众注意呢?半机械人运动会由此应运而生。
Zac Vawter在威利斯大厦上
动力假臂项目的一个挑战就是往一根绳子上挂东西
用你的脑电波来玩游戏
六个项目里面,BCI(脑机接口)是看起来最奇怪的一个:15位机师坐下来,用4分钟的时间,光靠脑子思考来控制屏幕上的角色移动。选手会戴着一个电极帽,使用特定的思考方式来让角色加速前进、跳过地上的尖刺或者爬过头顶的激光束。
要知道,检测的脑电信号的强度是很微弱的,而且每个人有自己独特的信号模式,因此很难从整体的脑电波之间分辨不同的动作指令。特别是当机师被场内的欢呼声和体内的肾上腺素分散注意力的时候,情况更是如此。
BCI机师聚精会神
“电一下”双腿骑一趟自行车
50岁的Vance Bergeron是法国里昂高等师范学院的一名化学工程师。在一场自行车-汽车相撞事故中,他头部着地,颈椎骨折。醒来之后,Bergeron得知自己再也不能控制双腿,手臂也只能做有限的运动。有一种叫做FES(功能性电刺激)的技术,可以向萎缩的肢体或残肢发送电信号、刺激肌肉收缩并恢复一定的运动能力。
坐上轮椅回到实验室,Bergeron把研究方向转到了FES上面。实验室团队在他本人身上做实验,找到了如何刺激腿部肌肉,让腿部弯曲、蹬踏,最后驱动一辆自行车的方法。
越来越先进的动力假肢
真假臂配合开罐头
其他的半机械人运动会项目则让更传统的假肢和轮椅大放异彩。在动力假腿的比赛中,参赛者需要通过楼梯、随机放置的石头、斜坡和门等一系列的障碍,更包括在椅子上坐下再站起来这样的高难度动作。比赛中将会出现像艺术品一样的智能膝盖和脚踝,它们可以监测机师在走路过程中受到的力和加速度,并且在跌倒的开始就调整自身姿势(以保护机师)。
动力假腿的比赛场地
动力假腿项目中的“踏石过河”,需要很高的协调能力

下一届半机械人运动会将会在2020年的东京举行,为期7天。到时将会引入与视力有关的项目,也会将部分比赛放在体育场外进行。但对于参加了这次比赛的机师们来说,走在时代的最前端这件事已经足够让他们引人关注了。
责任编辑:张颖澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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