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进入人体系统2.0时代

核心提示:如果将自然给予人类的人体机能看做是最基本的1.0系统,那么系统的升级,就要依靠人类科技的不断进步,自我改造。人体机能增进装置,有可能在15到20年后,从头到脚武装人体,提升人体的各种能力。

  【中国生物产业网www.cnbioindustry.cn】2013年1月5日讯  如果将自然给予人类的人体机能看做是最基本的1.0系统,那么系统的升级,就要依靠人类科技的不断进步,自我改造。人体机能增进装置,有可能在15到20年后,从头到脚武装人体,提升人体的各种能力。

  2012年12月,美国国家情报委员会发布《2030全球趋势:多元化世界》,这是该机构第五次发布这样的框架性趋势预测。报告称,我们所处的时代,是一个转折点,将引领一个与现在有着巨大差异的未来。报告认为,未来不是一成不变,而是有很强的可塑性,是信息化发展,创新发展以及人类能动性互相作用的结果。

  而由于科学技术在全球大范围的飞速发展,全人类将变得更加聪明健康。到2030年,人类有可能就像选择整容让自己变美那样,通过选择一些科学手段让自己变得更加聪明、更加健康。

  该报告将这些能够增强体能的科学手段统称为人体机能增进装置。

  全球技术研究和咨询公司Gartner也在其刚刚发布的《2012-2013年技术曲线成熟度报告》中预测,除了信息技术的多项前沿科技将突飞猛进的发展,另一项将在市场形成规模的技术就是人体机能增进装置,将提高人类感知能力与体能。这其中包括,机械外骨骼、脑机接口、视网膜植入、听觉增进装置,甚至是提高智力的神经性药物。

  两份报告都认为,人体机能增强的技术可以使得普通人以及军人更加高效的工作,并且能够在此前无法进入的环境中工作。而对于年老者,这些技术也可以提高他们的生活质量。

  进入人体系统2.0时代,要选择怎样的系统配置、安全与否就需要我们理性的判断了。

  体能配置:机械外骨骼更快更强

  机械外骨骼,非常类似于昆虫的外骨骼,能穿在人身上,给人提供保护、额外的动力或能力,增强人体机能,如使腿残疾的人能自己上楼,让士兵健步如飞、无障碍奔跑而且不会疲劳、不会受伤等等。也被称为可穿戴型机器人。

  《中国科学报》记者从美国国家情报委员会的报告中了解到,他们认为,随着技术领域整个范围的跨越式增长,外骨骼埋植以及动力假体等技术的突破将大大增加人类先天的能力,并且修复丧失的机体功能,比如四肢的残疾。假肢技术在目前已经可以在一定程度上提升人类肢体的能力。而很多军事机构也在尝试通过技术改善士兵体质机能,包括增强外骨骼力量,以增加个人的负重能力。

  军方热衷提高单兵作战能力

  2012年,关于机械外骨骼装置的报道有很多,包括日本、美国等国家都有新研究成果不断地出现。日本东京理科大学小林宽司在2012年发布了他们的最新装置,重达9.2公斤的机械外骨骼装置,可以让人轻而易举地举起40公斤的大米。

  几十年来,美国军方一直在考虑利用有动力推动的外骨骼套件,让士兵随身背负着沉重的装备以及更大的武器装备的同时还能灵活运动。同时这种套件还可以运用在救援方面:为受伤后的重建、康复提供帮助。

  最早进行外骨骼机械装置研究的是美国的洛克希德·马丁公司,它是全球最大的国防工业承包商。他们在2009年就推出了一套可以大幅度增加士兵负重能力的金属骨架HULC,它的最大负重可以达到90.7公斤,其内部配备的液压传动装置和可像关节一样弯曲的结构设计,不但能够直立行进,还可以完成下蹲、匍匐等很多复杂的动作。士兵穿戴这套外骨骼可以背负36.7公斤重的物资以每小时3.2公里的速度行进。

  而在洛克希德公司之后,美国雷声公司也为军方研制出了更加先进的外骨骼装置,并不断改进。穿戴该装置的士兵,一个人可以承担2到3名士兵的工作量。

  目前,机械外骨骼类的研究,都主要是针对失去部分运动能力的人,帮助其恢复相关能力。比如美国埃克索仿生公司(Ekso Bionics)生产的仿生学套装就帮助一个高位截瘫的年轻人重新获得了行走能力。

  在我国,相关方面的研究也在近些年起步。2007年,中国科学院合肥智能机械研究所启动了“可穿戴型助残助老智能机器人示范平台”项目,并且在2012年4月通过验收。

  普及还需人机和谐

  从各国不断成功的案例来看,这种外机械骨骼的普及似乎确实离我们不远了。中国科学院合肥智能机械研究所研究员葛运建告诉《中国科学报》记者,目前对于机械外骨骼研究来说,最终要研究的不是外骨骼装置,而是人机和谐的问题。也就是说如何让机器判断人的运动意图。避免机器拖着人走或是人拖着机器走的运动方式,这还需要时间来解决。

  目前,这个方面还有很多未能解决的问题。“在美国,目前的机械外骨骼主要是应用在部队军人的身上,这种机器装置还处在比较简单的阶段。”葛运建说。

  葛运建告诉《中国科学报》记者,对于人体运动意图的判断有多种方式,比如脑电、机电等。中国科学院合肥智能机械研究所研究的外骨骼装置,主要是通过机电的方式判断人体的运动意图。这是一种类似心电图测量的仪器,机电片要贴在人体的肌肉上,以获得人体运动的信息。

  《2030全球趋势:多元化世界》报告中,对机械外骨骼装置的未来发展如此描述:埋植技术将可以实现把外骨骼埋植在机体内,实际上成为一种替代骨骼,从而提高人体的机能,比如行动速度、负重能力等等。

  对此,葛运建说:“目前,我们所关注的重点,还是在非替代性的助力装置,目的是帮助年老和残疾人士恢复行动能力。”

  大脑配置:实现意念控制

  作为大脑埋植技术之一的脑机交互技术已经证明大脑可以直接控制机器。这种技术,人们更喜欢称为意念控制,听起来更加诱人。意念控制装置涵盖的层面很广,包括智慧型义肢、机器人甚至车辆和武器。

  美研制出智慧义肢

  目前这种技术更多还是致力于帮助残障人士重新获得行动能力。美国有很多企业和机构正在发展这种意念控制型义肢。

  英国医学杂志《柳叶刀》2012年12月17日刊发了美国匹兹堡大学研究人员的研究结果,在一位颈部以下瘫痪的女患者脑运动皮层植入传感器,使其单凭意念即可操作机械手臂。这名女患者可以控制机械手臂将一块巧克力送入口中,其灵敏度比以往的研究更接近于一个正常人的肢体。

  匹兹堡大学医学中心的研究人员在她脑部左边的运动皮层上植入两个微电极装置,这部分的运动皮层对控制人的四肢运动起着关键作用。研究人员将这些电极通过电脑与机械臂实现互联,电脑将脑部发出的电波通过复杂的算法转化为数字信号来控制机械臂。通过几周的训练,她可以用自己的想法控制机械臂像手臂一样执行简单的任务。

  研究人员称,准确地翻译大脑信号是思维控制假肢的最大挑战之一。目前,研究人员正尝试引入无线通信技术,以便去除连接瘫痪病人脑部和机械臂之间的线路,让这些辅助装置变得更轻便。

  浙江大学求是高等研究院副教授陈卫东告诉《中国科学报》记者,我国的脑机接口研究起步虽晚,但工作相当出色,清华大学、华南理工大学、电子科技大学、东南大学等研究团队在非植入式脑机接口领域取得了令人瞩目的成绩。

  在植入式脑机接口方面,浙江大学求是高等研究院建立了国内唯一的非人灵长类动物脑机接口研究平台,实现了对智能机械手的多个抓握手势的直接神经控制,取得重大突破;浙大团队在动物机器人等方面也取得国际水平的成果。当然脑机接口的研究涉及多个领域,有很多领域与国际水平还有差距。

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