1
| 本文作者： Misty | 2016-08-23 17:32 |
雷鋒網按：本文來源Robohub，由雷鋒網獨家編譯，未經許可拒絕轉載！
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。而有一個人，卻因此打造了世界上第一個踝足假肢機器人系統，他就是MIT Biomechatronics團隊負責人、 iWalk創始人Hugh Herr。近日， Robohub訪采了Hugh Her，在采訪中，Hugh Her講述了其發生事故截去膝蓋以下雙腿的經歷，也描述了其團隊打造假肢與外骨骼的過程，同時他還展望了仿生科技的未來。
他的團隊項目旨在加快仿生科技的發展，其發現了仿生動作原理，開發了性能與肌肉類似的制動器技術，打造了包括假肢和外骨骼在內的多個產品。其團隊研究成果非常豐碩，從生物力學科學到生物動作，再到生物醫學設備設計一網打盡，目標是為造福不幸致殘的人類。
迄今為止，Hugh Herr已經為世界做出了極大貢獻。現在，其開發的Transfemoral Quasipassive Knee Prosthesis（股部準被動式膝蓋假肢）已經成功被?ssur Inc公司投入商用。2006年，他創建了 iWalk公司，讓 Powered Ankle-Foot Prosthesis（驅動腳踝-腳假肢）和其他的仿生腿設備投入商用。Herr教授影響了許多學術社團，他受邀參加許多國際會議和學術講座，包括第四屆國際生物力學大會、國際先進假肢大會、世界經濟論壇以及TED演講等等。同時，他還是《神經工程與康復日報》、《國際機器人研究雜志》、IEEE Transactions生物醫學工程部的聯合編輯。2007年，Hugh Herr被獲得第13屆 Heinz獎。
Robohub記者Audrow Nash采訪了Hugh Herr，以下是采訪內容：
Audrow Nash: 你可以講述一下你是為何截肢的嗎？
Hugh Herr:
我從小是一個登山迷，從七歲就開始登山，大家都叫我攀巖天才，我的目標是成為世界上最棒的登山運動員。不過，1982年發生在新罕布什爾州華盛頓山的那場暴風雪，徹底改變了我的人生軌跡。在那場暴風雪中，我和同伴迷了路，被迫在山中度過了3個溫度接近-30℃的黑夜。在被解救后，我的雙腿因為嚴重凍傷，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，我發現：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。幾個月之后，我打造了能夠實現上述功能的假肢。并且在截肢的一年之后，重新回到了其鐘愛的登山運動中。
Audrow Nash: 那么你又是如何轉到學術領域，成為MIT的教授呢？
Hugh Herr:
事實上，我家族中的男性都投身在建筑業之中，但我卻不喜歡建筑業。而我曾經的夢想是成為世界上最棒的登山運動員，但是截肢之后，我開始上大學了，這是我曾經沒有打算過的事。首先，我從最基本的數學和計算機科學課程修起，我發現自己對這些課程有著無比強烈的熱情，我非常喜歡科學，這種熱情漸漸取代了我對于登山的熱情。后來，我在MIT拿到了機械工程碩士和生物醫學博士學位，并在做生物醫學器械博士后的時候，開始研究仿真人腿的假肢機器人系統。
Audrow Nash：你現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:
我現在所穿戴的是兩只仿生腿，每一只上都有3個微處理器和12個傳感器。微處理器就像大腦一樣，它們能夠控制肌肉一樣的制動器，讓制動器能夠移動、加硬、驅動我的“人造腳踝”。而傳感器能夠測試位置、速度、加速、壓力和溫度，同時也能結合位置和速度。
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動，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勁。而我現在穿戴的假肢是仿生的，在人們走路之時，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，我們有一只獨立的團隊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，做了很多實驗，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，我們做出了一個杯狀的設備作為膝蓋，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。在測量了此設備的各種參數之后，我們3D打印了它。
Audrow Nash: 那么可以講述一下這其中所蘊含的技術嗎？
Hugh Herr:
我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，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揮功效。與PC不同，嵌入式系統一般體積微小、功耗很低、軟硬件一體化，可以嵌入到幾乎現實世界的所有物體中，實現人們讓它完成的智能功能。
Audrow Nash: 那這種嵌入式系統是如何和假肢結合的呢？
Hugh Herr:
在我設計的人工膝蓋中，傳感器和處理器可以持續感知關節的位置和適于肢體的負載，以便去協調腿部運動。
我設計的世界上第一個踝足假肢機器人系統，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。同時，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，你的感覺如何？
Hugh Herr:
每個月，我都對它們進行升級，希望如此訓練到80歲時，這對假肢能夠變成自己的“血肉之軀”。很快，會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動，再與假肢系統互動。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: 你們現在已經做出了杰出的成就，那么你們的目標是什么呢？
Hugh Herr:
我們的目標是打造便宜和可復制的假肢，讓每個截肢的人都能用得上假肢，為他們的生活帶來美好。同時，我們對未來的暢想是這樣的：每個人都有自己身體的電子數據，這樣當他們某天需要與身體相關的某個設備時，他們能夠獲得定制化的仿生設備。就像量體裁衣一樣，每個人都能獲得屬于自己的獨一無二的設備。
Audrow Nash: 這樣一來，所有設備都是定制的，那么這樣會非常依賴3D打印技術嗎？
Hugh Herr:
3D打印是一種工具，并不是主宰一切的科學。不過，它在很大程度上幫助我們打造定制化的設備。
Audrow Nash: 除了假肢，你的團隊也在研究外骨骼，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器人，它能夠給人能量，讓人更加強大。
19世紀，俄國發明家Jagen就發表了對于外骨骼的設想，他的夢想就是讓俄羅士兵穿上外骨骼，變得更加強大。而直到2014年，科學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隊之手。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鍵，它為行走提供80%的力量。而這款外骨骼能夠加強小腿的力量，讓人變得強大。
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:
我們對傳感器的設計要求非常嚴格。在人們行走在非常之深的水中時，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，并得出了很多數據。從數據中，我么能夠得出扭矩、壓力等等，在此之后，我們才得出一個模型。
Audrow Nash: 使用你的外骨骼產品是怎樣的一種體驗？
Hugh Herr:
人類身體非常有趣，因此當人們開始使用它時，人們很快就能感受到它所提供的能量，并能很快習慣這種能量。當你脫下它時，你會覺得身體非常重，你的行動緩慢而吃力。這就告訴我們，穿戴外骨骼在將來也許會變成一種常態，人們也許會厭倦自己的身體，想用外骨骼讓自己的身體變得更為強大。
Audrow Nash: 你覺得打造外骨骼的瓶頸在哪里？
Hugh Herr:
我覺得我們在設計和建造方面會遇到瓶頸。人機交互領域還存在著很多人類未知的部分，因此將一個仿生結構穿在身上，并實時受到控制它的控制是一件比較困難的事，因此這會對設計造成很大的挑戰。
Audrow Nash: 你們的短期目標是什么？
Hugh Herr:
我們有三個短期目標。第一，我想要打造更好的肌肉制動器，爭取讓這種制動器比人類的自然肌肉更好。第二，我想要徹底理解末梢神經系統和設備之間的交互界面，這樣我們才能知道如何和神經末梢交流。第三，我想要探索出更好的方法，讓機器與身體契合。這三個創新將會重新定義本世紀的仿生學。如果我們實現了這三個目標，我們的長期目標就基本實現了。
2015年，Hugh Herr登上了TED的講臺，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：
一個真正的人類是永遠不可殘缺的，相反，是技術的殘缺，技術的不發達，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：“我們能讓你繼續跳舞。”200天以后，女孩重新回到舞臺。她健全的腿跳舞時的肌肉和血液信號，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，他堅信自己的夢想可以實現，并一直在努力著。
Via:Robohub
新智造為雷鋒網旗下專注于機器人的公眾號，我們關注機器人的現狀與未來，以及與機器人結合的相關產業。感興趣的朋友可添加微信號AIRobotics，或是直接掃描下方二維碼進行關注！
雷峰網原創文章，未經授權禁止轉載。詳情見轉載須知。
