霍金的轮椅：当今科技的巅峰之作

【摘要】 当霍金完成造句后，就可以把这个句子发送到语音合成器上，由后者替他“说”出来了。同样，如果把芯片植入大脑语言中枢，就可以在大脑想说什么话的时候通过人机指令让轮椅上的语音合成器说出来。

著名物理学家史蒂芬·霍金先生的新浪微博成为近来人们关注的焦点。截至5月20日，仅一个多月的时间里，其粉丝人数已近400万；虽只发了7条信息，但每一条都赢得了数万至数十万的转发、评论或点赞。但是你想过吗，全身瘫痪到了连手指都不能活动的程度也无法说话的霍金，究竟是怎样发微博的？奥秘在于50多年来始终伴随这位科学天才出现在公众面前的那台轮椅，这其实就是一部体现当今科技巅峰的智能机器，而且在不断升级换代哦。从20多岁起轮椅成为霍金形象的一部分4月12日，史蒂芬·霍金在新浪发出第一条微博，很快获得近百万点赞，此外还有评论和转发各40万条左右。该微博简介中强调：“本微博由霍金团队以及社交媒体公司StradellaRoad共同管理维护，落款SH的内容均来自于霍金教授本人。”但问题是：众所周知，这位当今人类“最强大脑”全身几乎都是不能动的，真的能亲自发微博吗？1963年，21岁的霍金不幸被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症（又称卢伽雷氏症）。这是一种无法治愈的致命疾病，当时医生判断他只能活两三年，霍金却坚强地一直活了下来。然而，疾病使霍金的身体严重变形，头只能朝右边倾斜，肩膀左低右高，双手紧紧并在当中，两脚则朝内扭曲，嘴几乎歪成S形。起初他的全身还有三根手指和两只眼睛可以活动，并且能用极其微弱的语言交谈。但在1985年因患肺炎而做气管切开手术后，他说话的能力也被彻底剥夺了。当时，美国加利福尼亚州一位名叫瓦特·沃尔托兹的电脑工程师为霍金设计了一个名为“平等器”的电脑程序。这个程序可以让霍金从屏幕上选择词汇，只要他按动手中的开关选择词汇，就会转入语音合成器，发出声音来。后来，剑桥调节通讯公司的大卫·梅森改进了这套设备，并安装在霍金的轮椅上，使霍金“说话”的速度大大加快，如果需要，还可以把文字直接打印出来。这台世界上几乎独一无二的轮椅，不仅成为霍金的代步工具，并且将霍金的思想转化为语音和文字传达给全世界，从此被定格成为这位天才科学家的符号之一。这是一台集计算机软件、通信技术、红外光、语音转换器于一体的人工智能设备。语音合成器被安置在椅背上，可以把霍金写出的文字转译成独特的“霍金式”电子语音。侧前方安装有一个12英寸的电子屏幕，即便在阳光下也能让他看得清楚屏幕上的内容和图像。通过这个小小的“窗口”，霍金可以写演讲稿、收发电子邮件，甚至可以用即时通信软件Skype来接听电话。轮椅上的平板电脑拥有Core i7处理器，可以控制轮椅上所有的电子系统。还有个红外线的万用遥控器，可用来操作霍金办公室和家里的电视、音响、灯光，甚至可以用来开门、关门。此外一个叫做“外围盒”的设备内有USB集线器、音响放大器和整流器，可供各种子系统使用。当然，这些只是这台轮椅的基本构造，这部智能机器是随着科技的发展而逐渐升级的。轮椅多次升级后可通过面部表情来打字2005年之后，霍金彻底丧失了运动能力——连手指都不能活动了，这让他以前操作轮椅上的电脑的方式完全失效。为此，英特尔的创始人戈登·摩尔为他设计了2.0版的轮椅，主要通过眼动追踪、联想输入和语音合成器播放，来支持这位科学巨人与世界对话。研究人员为霍金设计了一个特殊的眼镜，上面安装了红外线发射器和检测肌肉活动的探测器，可以通过霍金说话时面部肌肉的收缩和舒张来激活辅助系统，并用眼球控制红外线发射器，选定在屏幕中轮流出现的英文字母。例如，当霍金想说“点子”（idea）这个词时，他的面颊肌肉收缩首先激活辅助系统，电脑屏幕上会出现字母i，这时霍金的眼球动一下，计算机就会不断显示以i开头的英文字母，直到idea出现；霍金再动一下眼球来表示选定这个字母，这就如同普通人用手操作鼠标时的两次点击确定一样。当霍金完成造句后，就可以把这个句子发送到语音合成器上，由后者替他“说”出来了。有趣的是，由英特尔公司设计的语音系统用的是美式英语，这让一些人尤其是英国女王伊丽莎白，对这位英国国宝级科学家的“口音”颇有微词。在2.0版的轮椅中，霍金为了使用红外线监测装置，总是要把脸部肌肉绷紧。然而到了2011年，他的病情进一步恶化，用这种方式每分钟仅能输入一两个单词，因而不得不再次求助于老朋友摩尔。在摩尔的指派下，英特尔首席技术官贾斯汀·拉特纳组建了一个人机交流技术团队，团队成员专门去拜访霍金，试图为他找到解决办法。在见面的当时，霍金花了20分钟，才发出一句包含30个单词的欢迎拜访者的话。其后，技术团队对霍金的设备进行了改造升级，研发了一个可供所有残障人士使用的交互系统工具包（辅助情境感知工具包，简称ACAT）。安装升级了这个开源项目后，霍金轮椅可谓升级到2.1版。虽然还是利用面部肌肉动作来操作电脑，但ACAT允许使用者通过几乎任何面部动作来进行交互操作。升级后的软件由于集成了SwiftKey人工智能预测技术，霍金仅需要输入15至20%的字母，电脑软件就能预测出剩下的内容，还能够在每输入一个单词后预测出下一个可能的单词。利用升级后的软件，霍金对文件进行浏览、编辑、管理和在多任务间进行切换、收发电子邮件等日常任务的速度提高了10倍。他的输入速度也至少提高了一倍，每分钟可以输入3至4个单词了。有人计算，霍金在向中国公众发一条有99个词的微博时，即便没有错误，大约也需要30多分钟。如果再加上思考以及排版、审阅等，估计霍金要用大约40分钟时间，才能完成他向中国粉丝的第一次问候。“脑控”轮椅正在研制中受惠者将不仅是霍金2.1版的霍金轮椅或许在某一天就会因为主人病情不幸加重而无法使用，因此，人机交流专家已经开始设计3.0版智能轮椅——也许这并非只是为霍金一个人而设计的，所有重度残障人都可能受益于此。最新版智能轮椅是基于喉部肌肉发音时的收缩和舒张来设计的。当人们说话时，大脑语言中枢会发出信号到喉咙，使喉咙的肌肉群协同收缩和舒张而发出声音。即使一个人说话不说出声，或者说出来的话只是自己能够听到，其喉部的肌肉群也仍然有运动。换句话说，想要说出的话即使仅仅在大脑中，大脑也会产生指令，让喉咙肌肉群运动。如果设计一个软件，能够通过“读懂”喉咙肌肉群的运动来判断要说出的词句，然后传输到语音合成器上，就能形成人的话语。与靠电脑软件检测脸部肌肉相比，这样的“发音”方式要直接很多。根据这一原理，美国航空航天局艾姆斯研究中心研发了一项技术，不仅可以让残障人自主控制电动轮椅，而且能够将思想（想说的话）传送到语音合成器，让后者代其“说话”。首先，通过一个贴在喉部皮肤上的电极，使用者头脑中只要有“向右”或“停下”的想法（指令），轮椅便会自动探测到喉部微弱的电子脉冲并“翻译”出来，这样的指令正确传达给轮椅后，轮椅就会完成右转或停下的动作。同样，使用者想说什么话，也可以通过软件探测到，并向语音合成器传输指令，让后者替使用者“发声”。更高级的智能技术是“脑机接口”，即用思想来控制不能运动的四肢。美国大学生伯克·哈特5年前因潜水意外导致颈椎脊髓受损，四肢永久瘫痪。从2014年起，俄亥俄州神经中心的研究人员就开始设计一个植入伯克·哈特大脑的芯片来让其思想控制运动。这个植入脑部的芯片名为“神经生命”，它通过连接器与电脑相连。电脑使用特殊软件来解读大脑传来的信号后，发送指令给镶有130个电极的电子手袖套，以刺激手部肌肉，让使用者得以绕过脊髓，控制手部活动。经过一年多的练习，现在伯克·哈特已经可以用思维控制右手，完成拿起杯子、刷信用卡等动作。同样，如果把芯片植入大脑语言中枢，就可以在大脑想说什么话的时候通过人机指令让轮椅上的语音合成器说出来。只是，这需要向霍金的大脑语言中枢植入芯片。如果想用思想控制轮椅的运动，也得向大脑运动中枢植入芯片。目前这种设想中的3.0版本轮椅还帮不到霍金，这首先是因为，霍金还不愿意在自己天才的大脑中植入芯片。据《中国新闻周刊》