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欢迎观看半机械人运动会

系鞋带、爬楼梯、倒咖啡,在这个新的国际比赛中,这些运动项目看起来有点太简单。但是如果这些参赛者借助的是机械手臂完成比赛的呢?

2016年10月8日,国际首届仿生奥运会在瑞典正式举行。在六天的时间里,来自21个国家的50支队伍将角逐六大奖项。4000多张门票提前一个月售空,观众们热血沸腾,因为这是一场半机械人比赛!

所有的参赛选手都是严重残疾者,他们丧失部分肢体或全部肢体的行动能力,只能借助配备的假肢或轮椅,完成比赛项目。拥有人类的大脑和机械的身躯,他们是名副其实的“半机械人”,这个几乎让所有人都心动不已的科幻情节变成了现实。

这不仅仅是半机械人之间的比赛,更是设备商和实验室之间的较量。每个参赛选手,背后都有一个代表队提供尖端的科技设备,这些代表队,1/4来自于企业,3/4来自于顶尖学校的实验室。所以每个比赛项目都设有两个奖项:一个颁发给参赛选手,一个颁发给从事设备开发的企业或实验室。现在,就让我们赶快看看他们都在比赛什么项目吧。

手臂手指假肢竞赛

即使你拥有假肢,也很难完成双手的工作,它们要么是需要力量的,比如搬运一个重箱子,要么是一项精细活,比如打开一个啤酒盖子。所以,最终导致超过60%的人即便配备有假肢,也很少使用。而在这项赛事中,参赛选手们需要比赛的正是灵活地利用假臂、机械手指倒咖啡、切面包、捡起细绳以及完成在日常生活所面对的其他挑战。第一个完成这些任务的半机械人将获得冠军。

相比利用假肢做出大幅度的动作,这些利用假肢的精细活难度更大,涉及到利用假肢精准地控制肌肉活动。一些参赛选手使用的电子假肢手臂,其内部装有迷你马达,能够赋予假肢力量,使得参赛选手能抓住东西。但最好的假肢还是那些能理解参赛选手大脑活动模式的。这些假肢内有与神经元连接的电极,电极能够检测到参赛选手想移动手指时大脑发出的电信号。假肢里的微型电脑会将大脑电信号转化成假肢的运动信号。靠着相同的原理,参赛选手借助机械手臂还能感觉到温度和重量,比如,参赛者在端起一杯咖啡时,可以感受到是否这杯咖啡很烫。

下肢假肢比赛

在这项赛事中,除了完成最简单的从轮椅上站起、坐下等基本动作外,选手们还必须上下楼梯,跨越散落的石头、倾斜的路面和门这类障碍。

这并不容易。虽然我们经常见到戴上假肢的残疾人在马路上行走,实际上这些假肢非常僵化,如果穿戴者截肢位置在膝盖以上,大腿肌肉的力量没法传递到假肢上,他们既不能弯曲假肢也不能抬起它们,这也就意味着穿戴者没法爬楼梯,也没法奔跑。

一定程度上,动力假肢可以解决上面的问题,但动力假肢很难控制。就算是配有市面上最好电池的动力假肢,还是过于笨重、寿命太短。可是,如果你亲临赛场,就会发现仿生奥运会的参赛选手们依旧脚步轻盈地完成了比赛,奥秘在哪里?

原来,他们的假肢里装有电极。如果参赛选手们想移动大腿,大脑发送的这个信号会被电极检测到,并传递给假肢里的微型电脑来处理,将之传递到假肢,刺激假肢运动。同时,假肢里的传感器还会实时反馈脚趾和脚后跟的位置信息。根据这些信息,假肢会自动调整膝盖,使得选手们能够应对爬山、爬楼梯这样需要弯曲膝盖的运动。

能上楼的轮椅比赛

在公共场合,我们经常可以看见专门为方便残疾人通行用的无障碍通道,可是却很少看见残疾人坐着轮椅通行,这是因为这些轮椅太笨重,不灵活,遇上高点的台阶,或者阶梯,只能靠其他人的帮助抬上去。在这项比赛中,瘫痪的选手们将挑战的是一般轮椅没法做到的事情,使用动力驱动的轮椅穿过有斜坡、楼梯、门和不平坦地形的赛道。

他们的秘密武器是轮椅中有一个特殊的配备——履带。通常,两条履带会折叠于轮椅下,当遇上障碍物时,如爬楼梯,选手们可以将轮椅调整到背对阶梯,随后按下一个按钮,折叠好的履带会自动打开,抓紧第一排阶梯,像输送带一样,缓缓向上输送轮椅。选手们只用保持在座位上,什么都不用做。一旦爬完了楼梯,履带会自动折叠,轮椅再次由轮子驱动。

惊人的自行车赛

在这场比赛中,所有的选手都腰部以下瘫痪,有的瘫痪了十多年,但他们的脚依旧在踩踏板,在赛道里加速前进,真的很不可思议。

这一几乎可以被称作“神迹”的双腿运动,之所以成为可能,是因为完全性瘫痪的人肌肉保存完好,只是由于大脑与肌肉的联系被“切断”了,使得他们失去了控制肌肉的能力。而借助一种叫做功能性电刺激的技术,可以恢复参赛选手们部分控制肌肉的功能。

具体原理是这样的,参赛选手的自行车里有一个手柄,手柄里有一个电击按钮。当参赛选手们按下按钮后,安装在参赛者胃部区域的电脑会产生电脉冲,并将之传递到安上了电极的腿部。微弱的电流会激活腿部休眠的神经元,刺激肌肉收缩。不同肌肉部位以正确的次序收缩,会让瘫患者的腿能弯曲,并能踩踏板。

当然,这一方法也有一些缺陷,比如不能产生很大的肌肉力量,会让肌肉很快疲劳。这就要求参赛选手们在赛前努力训练,以提高腿部肌肉的耐力。

机械外骨骼比赛

这项比赛的参赛者下肢瘫痪,但他们同样需要完成高难度任务,走斜坡、上楼梯、绕圆柱、跨跷跷板、弯腰捡袋子、绕过拐角,最后跑回终点。

而他们的辅助设备是机械外骨骼。机械外骨骼,是一种由机械构成的框架,能够让人穿上,并让瘫痪的人恢复部分行走能力。大多数商业机械外骨骼非常笨重,重量在20多千克,甚至有的能重达40千克。这些外骨骼非常耗电,只能工作几个小时,更别提让人们灵活地上下楼梯了。

参赛选手们的机械外骨骼则非常灵活,这些支架有传感器,电极和电动机,可以引导膝盖和脚踝完成正常的腿部摆动。特别是它们的膝关节的灵活性可以调整,让参赛选手们可以从轮椅中站起来,上下楼梯。

遗憾的是,参赛选手们使用的机械外骨骼还是得由科学家们远程控制。未来,科学家计划开发一种由佩戴者的大脑直接控制的外骨骼。手臂瘫痪者将也能从这种技术中获益,因为科学家打算给他们配备一个全身外骨骼,这样他们既可以弯曲腿部,也可以弯曲上身,使用手臂等等。

脑接口比赛


这项比赛是最奇怪的:15名参赛选手坐在电脑屏幕前,紧盯着电脑屏幕。他们在玩一个桌游比赛。在游戏中,他们各自有一个游戏角色,需要让这个角色加速、跳过障碍或翻滚过激光束,最先到达终点的取胜。然而奇怪的是参赛选手们并没有遥控任何游戏手柄,或敲打键盘,他们在靠什么操纵游戏角色?

靠的是意念!所有的参赛选手们都因脊髓损伤而全身瘫痪。不过,他们的大脑仍然可以发出信号,只不过这些信号永远抵达不了他们的身体而已。所以,科学家们为参赛选手们提供了一个电极帽。

参赛选手们戴上后,这个帽子会检测他们的大脑活动,并将读数发送到一台计算机,用来解释他们的思想命令,支配游戏角色移动。比如如果参赛选手想让游戏角色跳跃起来,只需要想一下跳起来的这一动作。

当然,用意念玩游戏是非常累的,因为参赛者必须聚精会神,清除头脑里的其他想法,才能发送正确的脑电波。当一名运动员因为比赛中的欢呼和肾上腺素飙升而分心时,会使得电脑很难区分他的脑电波模式。所以,这场游戏比赛的时间只有4分钟。

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