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對于任何人來說，截肢都是一件非常不幸的事。很多人因此頹喪，茍延殘喘地度過此生。而有一個(gè)人，卻因此打造了世界上第一個(gè)踝足假肢機(jī)器人系統(tǒng)，他就是MIT Biomechatronics團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、 iWalk創(chuàng)始人Hugh Herr。近日， Robohub訪采了Hugh Her，在采訪中，Hugh Her講述了其發(fā)生事故截去膝蓋以下雙腿的經(jīng)歷，也描述了其團(tuán)隊(duì)打造假肢與外骨骼的過程，同時(shí)他還展望了仿生科技的未來。

他的團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目旨在加快仿生科技的發(fā)展，其發(fā)現(xiàn)了仿生動(dòng)作原理，開發(fā)了性能與肌肉類似的制動(dòng)器技術(shù)，打造了包括假肢和外骨骼在內(nèi)的多個(gè)產(chǎn)品。其團(tuán)隊(duì)研究成果非常豐碩，從生物力學(xué)科學(xué)到生物動(dòng)作，再到生物醫(yī)學(xué)設(shè)備設(shè)計(jì)一網(wǎng)打盡，目標(biāo)是為造福不幸致殘的人類。

迄今為止，Hugh Herr已經(jīng)為世界做出了極大貢獻(xiàn)?，F(xiàn)在，其開發(fā)的Transfemoral Quasipassive Knee Prosthesis（股部準(zhǔn)被動(dòng)式膝蓋假肢）已經(jīng)成功被?ssur Inc公司投入商用。2006年，他創(chuàng)建了 iWalk公司，讓 Powered Ankle-Foot Prosthesis（驅(qū)動(dòng)腳踝-腳假肢）和其他的仿生腿設(shè)備投入商用。Herr教授影響了許多學(xué)術(shù)社團(tuán)，他受邀參加許多國際會(huì)議和學(xué)術(shù)講座，包括第四屆國際生物力學(xué)大會(huì)、國際先進(jìn)假肢大會(huì)、世界經(jīng)濟(jì)論壇以及TED演講等等。同時(shí)，他還是《神經(jīng)工程與康復(fù)日報(bào)》、《國際機(jī)器人研究雜志》、IEEE Transactions生物醫(yī)學(xué)工程部的聯(lián)合編輯。2007年，Hugh Herr被獲得第13屆 Heinz獎(jiǎng)。

Robohub記者Audrow Nash采訪了Hugh Herr，以下是采訪內(nèi)容：

Audrow Nash: 你可以講述一下你是為何截肢的嗎？

Hugh Herr:

我從小是一個(gè)登山迷，從七歲就開始登山，大家都叫我攀巖天才，我的目標(biāo)是成為世界上最棒的登山運(yùn)動(dòng)員。不過，1982年發(fā)生在新罕布什爾州華盛頓山的那場暴風(fēng)雪，徹底改變了我的人生軌跡。在那場暴風(fēng)雪中，我和同伴迷了路，被迫在山中度過了3個(gè)溫度接近-30℃的黑夜。在被解救后，我的雙腿因?yàn)閲?yán)重凍傷，而不得不截去了膝蓋以下的肢體。   

Audrow Nash: 截肢之后你有繼續(xù)你的攀巖生涯嗎？

Hugh Herr:

在失去了我的雙腿之后，我一度感到絕望不知所措。后來我去康復(fù)中心裝上了假肢，雖然有了它們，我的外表看起來就像正常人一樣，但是我不能攀巖。再后來，我發(fā)現(xiàn)：我所需要的假肢并不需要看起來像真腿一樣，而是需要有著真正的功能，讓我能夠重返攀巖生涯。

因此我開始了深入的思考與研究：我的假肢必須有堅(jiān)硬的腳趾，必須非常輕，它可以站在硬幣大小的巖石表面，可以站在巖石的裂紋之中。幾個(gè)月之后，我打造了能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的假肢。并且在截肢的一年之后，重新回到了其鐘愛的登山運(yùn)動(dòng)中。

Audrow Nash: 那么你又是如何轉(zhuǎn)到學(xué)術(shù)領(lǐng)域，成為MIT的教授呢？

Hugh Herr:

事實(shí)上，我家族中的男性都投身在建筑業(yè)之中，但我卻不喜歡建筑業(yè)。而我曾經(jīng)的夢想是成為世界上最棒的登山運(yùn)動(dòng)員，但是截肢之后，我開始上大學(xué)了，這是我曾經(jīng)沒有打算過的事。首先，我從最基本的數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)課程修起，我發(fā)現(xiàn)自己對這些課程有著無比強(qiáng)烈的熱情，我非常喜歡科學(xué)，這種熱情漸漸取代了我對于登山的熱情。后來，我在MIT拿到了機(jī)械工程碩士和生物醫(yī)學(xué)博士學(xué)位，并在做生物醫(yī)學(xué)器械博士后的時(shí)候，開始研究仿真人腿的假肢機(jī)器人系統(tǒng)。   

Audrow Nash：你現(xiàn)在穿戴的這套假肢就是你的研究成果，可以簡單地介紹一下它嗎？

Hugh Herr:

我現(xiàn)在所穿戴的是兩只仿生腿，每一只上都有3個(gè)微處理器和12個(gè)傳感器。微處理器就像大腦一樣，它們能夠控制肌肉一樣的制動(dòng)器，讓制動(dòng)器能夠移動(dòng)、加硬、驅(qū)動(dòng)我的“人造腳踝”。而傳感器能夠測試位置、速度、加速、壓力和溫度，同時(shí)也能結(jié)合位置和速度。

Audrow Nash: 和其他的假肢相比，這款假肢有何特別之處呢？

Hugh Herr:

世界上所有其他的腳部或腳踝部假肢都是人類驅(qū)動(dòng)，這就意味著它們是靠著佩戴它們的人們來傳遞力量，因此穿戴者走起路來很費(fèi)勁。而我現(xiàn)在穿戴的假肢是仿生的，在人們走路之時(shí)，它可以向人們的步伐傳遞能量，這就像是他們被截掉的那部分肌肉向步伐傳遞能量一樣。

Audrow Nash: 它們是如何和你的身體相契合的呢？

Hugh Herr:

在MIT，我們有一只獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)專門研究如何讓假肢契合人們的身體。想要腿部假肢契合身體，最重要的是要打造舒服的人造膝蓋。我們研究了很多理論，做了很多實(shí)驗(yàn)，努力讓假肢能夠在最大程度上給予穿戴者舒服的感覺。最后，我們做出了一個(gè)杯狀的設(shè)備作為膝蓋，它能夠支撐我的體重，這種形狀可以在最大程度上給我舒服。在測量了此設(shè)備的各種參數(shù)之后，我們3D打印了它。

Audrow Nash: 那么可以講述一下這其中所蘊(yùn)含的技術(shù)嗎？

Hugh Herr:

我們利用包含嵌入式處理器、傳感器、無線網(wǎng)絡(luò)、模擬器件以及控制軟件在內(nèi)的嵌入式系統(tǒng)，把機(jī)械工程與生物力學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制學(xué)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(dāng)于人體的肌肉，軟件算法則讓所有器官發(fā)揮功效。與PC不同，嵌入式系統(tǒng)一般體積微小、功耗很低、軟硬件一體化，可以嵌入到幾乎現(xiàn)實(shí)世界的所有物體中，實(shí)現(xiàn)人們讓它完成的智能功能。   

Audrow Nash: 那這種嵌入式系統(tǒng)是如何和假肢結(jié)合的呢？

Hugh Herr:

在我設(shè)計(jì)的人工膝蓋中，傳感器和處理器可以持續(xù)感知關(guān)節(jié)的位置和適于肢體的負(fù)載，以便去協(xié)調(diào)腿部運(yùn)動(dòng)。

我設(shè)計(jì)的世界上第一個(gè)踝足假肢機(jī)器人系統(tǒng)，利用多個(gè)傳感器、微控制器和模擬器件來模仿人體肌肉骨骼結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，第一次給小腿截肢者提供了一個(gè)自然的步態(tài)。同時(shí)，更重要的是，傳感器可以植入到使用者的肌肉之中，這樣它們真的能夠成為使用者身體的一部分。

Audrow Nash：穿上這個(gè)，你的感覺如何？

Hugh Herr:

每個(gè)月，我都對它們進(jìn)行升級，希望如此訓(xùn)練到80歲時(shí)，這對假肢能夠變成自己的“血肉之軀”。很快，會(huì)有其他傳感器植入到我的肌肉組織中，它們可以感受肌肉的運(yùn)動(dòng)，再與假肢系統(tǒng)互動(dòng)。再過50年，假肢也可以把它感受到的信息映射給嵌入到我肌肉的傳感器，這樣，我就可以感覺到假肢的感受，感覺假肢”肌肉“的收縮和拉伸，判斷我現(xiàn)在走路的狀況是否適合假肢，從而幫助我更好地行走。因此，對我來說，我的假肢就是為我打造的，是定制化的。

Audrow Nash: 你們現(xiàn)在已經(jīng)做出了杰出的成就，那么你們的目標(biāo)是什么呢？

Hugh Herr:

我們的目標(biāo)是打造便宜和可復(fù)制的假肢，讓每個(gè)截肢的人都能用得上假肢，為他們的生活帶來美好。同時(shí)，我們對未來的暢想是這樣的：每個(gè)人都有自己身體的電子數(shù)據(jù)，這樣當(dāng)他們某天需要與身體相關(guān)的某個(gè)設(shè)備時(shí)，他們能夠獲得定制化的仿生設(shè)備。就像量體裁衣一樣，每個(gè)人都能獲得屬于自己的獨(dú)一無二的設(shè)備。

Audrow Nash: 這樣一來，所有設(shè)備都是定制的，那么這樣會(huì)非常依賴3D打印技術(shù)嗎？

Hugh Herr:

3D打印是一種工具，并不是主宰一切的科學(xué)。不過，它在很大程度上幫助我們打造定制化的設(shè)備。

Audrow Nash: 除了假肢，你的團(tuán)隊(duì)也在研究外骨骼，可以簡單的介紹一下你們研究的外骨骼嗎？

Hugh Herr:

在我的理解之中，外骨骼就是穿在身上的機(jī)器人，它能夠給人能量，讓人更加強(qiáng)大。

19世紀(jì)，俄國發(fā)明家Jagen就發(fā)表了對于外骨骼的設(shè)想，他的夢想就是讓俄羅士兵穿上外骨骼，變得更加強(qiáng)大。而直到2014年，科學(xué)家才成功打造出了能夠提高人們行走和跑步功能的外骨骼。而這款外骨骼就是出自我們團(tuán)隊(duì)之手。我們打造的外骨骼是在膝蓋以下，從小腿中部到腳部。簡單來說，它就是一種人造小腿肌肉。小腿肌肉對于行走來說最為關(guān)鍵，它為行走提供80%的力量。而這款外骨骼能夠加強(qiáng)小腿的力量，讓人變得強(qiáng)大。

Audrow Nash: 我知道對于外骨骼來說傳感器非常重要，那么你使用的傳感器是怎樣的呢？

Hugh Herr:

我們對傳感器的設(shè)計(jì)要求非常嚴(yán)格。在人們行走在非常之深的水中時(shí)，傳感器也不能受到損害。我們測試了不同的放置部位、速度和加速器，并得出了很多數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)中，我么能夠得出扭矩、壓力等等，在此之后，我們才得出一個(gè)模型。

Audrow Nash: 使用你的外骨骼產(chǎn)品是怎樣的一種體驗(yàn)？

Hugh Herr:

人類身體非常有趣，因此當(dāng)人們開始使用它時(shí)，人們很快就能感受到它所提供的能量，并能很快習(xí)慣這種能量。當(dāng)你脫下它時(shí)，你會(huì)覺得身體非常重，你的行動(dòng)緩慢而吃力。這就告訴我們，穿戴外骨骼在將來也許會(huì)變成一種常態(tài)，人們也許會(huì)厭倦自己的身體，想用外骨骼讓自己的身體變得更為強(qiáng)大。

Audrow Nash: 你覺得打造外骨骼的瓶頸在哪里？

Hugh Herr:

我覺得我們在設(shè)計(jì)和建造方面會(huì)遇到瓶頸。人機(jī)交互領(lǐng)域還存在著很多人類未知的部分，因此將一個(gè)仿生結(jié)構(gòu)穿在身上，并實(shí)時(shí)受到控制它的控制是一件比較困難的事，因此這會(huì)對設(shè)計(jì)造成很大的挑戰(zhàn)。

Audrow Nash: 你們的短期目標(biāo)是什么？

Hugh Herr:

我們有三個(gè)短期目標(biāo)。第一，我想要打造更好的肌肉制動(dòng)器，爭取讓這種制動(dòng)器比人類的自然肌肉更好。第二，我想要徹底理解末梢神經(jīng)系統(tǒng)和設(shè)備之間的交互界面，這樣我們才能知道如何和神經(jīng)末梢交流。第三，我想要探索出更好的方法，讓機(jī)器與身體契合。這三個(gè)創(chuàng)新將會(huì)重新定義本世紀(jì)的仿生學(xué)。如果我們實(shí)現(xiàn)了這三個(gè)目標(biāo)，我們的長期目標(biāo)就基本實(shí)現(xiàn)了。

2015年，Hugh Herr登上了TED的講臺(tái)，講述了他一路奮斗的過程。其中一句話給人留下了深刻的印象：

一個(gè)真正的人類是永遠(yuǎn)不可殘缺的，相反，是技術(shù)的殘缺，技術(shù)的不發(fā)達(dá)，讓人不得不過著殘缺的生活。

演講的最后，Hugh Herr邀請了一位芭蕾舞演員，她在波士頓恐怖爆炸案中不幸失去了一條腿。

Herr 教授告訴她說：“我們能讓你繼續(xù)跳舞。”200天以后，女孩重新回到舞臺(tái)。她健全的腿跳舞時(shí)的肌肉和血液信號(hào)，同步傳感給義肢，義肢與她融為一體。

讓殘缺的人完整，讓不幸的人幸福，這就是Hugh Herr的夢想，他堅(jiān)信自己的夢想可以實(shí)現(xiàn)，并一直在努力著。

Via:Robohub

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