机械战士，出击

策划/ 本刊编辑部 统筹/ 谢 飞

在科幻电影和漫画世界里，经常会有机械人的身影。这些机械人或者是由人直接控制的机器人（《环太平洋》中的机甲战士），或者是部分身体已经由机械构成的人（机械战警），或者是人和机器人达成的完美组合（钢铁侠）。在影片中，机械人的能量远远超于人类本身，最终英雄击退邪恶势力，取得最终的胜利也成为影视剧中不变的结局。

26815

新版《机械战警》讲述了这样一个故事：2028 年，主人公警察墨菲惨遭爆炸不幸烧伤，几近瘫痪。墨菲于是接受了进行军火开发的机器人公司Omni Corp 的改造，成为了半人半机器的“机械战警”。 新版《机械战警》于2014 年2 月12 日2D/IMAX 北美上映

26816

电影《环太平洋》中，巨型机器人“机甲战士”要2 个人一起通感后才能操控

26817

电影《钢铁侠》中，托尼·斯塔克不仅拥有一个机械心脏，他还可用脑电波和他的钢铁衣交流

在现实生活中，人和机械的结合到了什么程度？能和电影里一样酷炫吗？这一期，我们将来领略人类与机械相融合的最前沿科技。

电影中的景象总是令人激情澎湃。它们很多来源于生活的灵感，却又远远高于现实状态。人类和机械的完美结合是不少人的梦想，但在现实中，人类和机械的融合远远没有那么如梦如幻。你也许会对此很失望，但今天的研究，正是向着梦想而前进。

人类与机械的融合

所谓人类与机械相融合，指的不是人类操纵方向盘驾驶汽车，或是晃动操纵杆驾驶飞机这样的操作。真正的人机相融，是机械成为身体的一部分，能够随心而动。就像人不假思索就可以活动手脚、走路奔跑那样。

26818

BMI 是通过检测脑电波等信号，从而来操控机械的技术。其研究将运用于轮椅、机械手、电脑等的操作

现在，将大脑（brain) 和机械（machine)连接起来的脑机接口技术BMI（brain machineinterface) 的研发正在进行着。

脑电波是由大脑发出的、在头皮上能检测到的微弱的电气信号。用机械检测出这些电气信号，再根据这些电气信号的不同，就有可能操控机械做不同的动作。

脑电波控制的电动轮椅

钢铁侠托尼·斯塔克，用脑电波就可和他的钢铁衣交流、一起攻击敌人。现实中的人机相融远远达不到这种高科技。科学人员目前研究的，还是一些相对简单、实用的人机互动技术，比如用意念控制轮椅。

普通轮椅是用手转动车轮，让腿脚不便的人也可以移动。此外还有不必费力转动车轮的电动轮椅。但如果身体完全动弹不了的话，就连电动轮椅也无法使用。日本科研人员研发出的智能轮椅就不同了，这是一种用脑电波控制电动轮椅的技术，可实现只靠意念就能控制电动轮椅的活动。

26819

安装在使用者头皮上的电极检测到脑电波，即可操控电动轮椅。经过练习，使用者只要想看“左”“右”，轮椅即可做出相应动作

想着“休闲”的场景，轮椅向左拐

脑电波操控的电动轮椅能进行“右拐”、“左拐”、“前进”、“停”等操作。使用者经过意念训练后，就能通过自己的意念操控轮椅了。但如果没有经过训练，初次使用者虽然想着“向右拐”、“向左拐”，但检测出来的脑电波几乎没有差别，因此要准确地操控轮椅是很困难的。

26820

要想象哪种场景，即使是初次使用者，也能轻易地产生不同的脑电波呢？

为了能轻易地产生不同的脑电波，对于初次使用者，会让他想象运动和休闲的场景、喜欢的事物，或是进行计算。

当想象与运动相关的事物时，在运动时活跃的脑部运动区域就会开始活动；当进行计算时，脑部的前额叶就开始活动；放松时，脑部比较容易出现a 波……这样，就容易产生不同的脑电波。

26821

想象的画面不同，脑部活跃工作的部位也不一样，检测出来的脑电波也有差异。捕捉这种差异，对机械进行控制

在所得到的脑电波中，选差别最大的2 种脑电波。利用这2 种脑电波产生时想象的画面，来操控电动轮椅。如果用这样的方法，即使是初次使用者，操控准确率也能达到90% 以上。

将来，用脑电波控制装在身体上的机械很可能广泛应用。为了能做出更复杂的动作，必须检测出脑电波的更多差别，不仅是左右两个方向，还要能做出更多的指示才行，我们期待着这一天的到来。

用肌肉产生的电气操纵机械臂

身体发出的信号不仅只有脑电波，从皮肤上也能检测到由肌肉产生的“肌电”。目前，科学家们正在研究“肌电”对“假手”的操作。

假肢是因事故、疾病等原因失去手的人所配备的装置。以往的假手虽然看上去是手的形状，但只能做抓放等简单的动作，无法像真手那样做出复杂的动作。因此，目前科学家在研制“肌电假手”。

26822

当人试图抓握一个物品时，做这个动作所需的肌肉活动了，贴在手臂上的电极检测到了肌电，假手也做出抓握物品的动作

活动手指、扭动手腕这些动作都和手臂的肌肉有关。因此，即使没有了手，如果想活动手指和手，手臂肌肉还是会和有手时一样的活动，同时产生肌电。通过检测肌电，就能重现以往的假手所无法做出的复杂动作。

因为能做出复杂的动作，所以失去手臂的人如果装上了这样的肌电假手，就有可能在一定程度上恢复到没失去手之前的生活中去。

让触觉再现，操作更方便的假手

但是，仅仅是感知肌电，让假手做出复杂的动作，这点还不够。

我们人的手不仅能动、能做几个抓取的动作，还能将指尖、手掌的触觉传递给大脑。因此，未来肌电假手的发展趋势是有具备触觉的功能。

当肌电假手的指尖触碰到物体时会产生触觉，将这种触觉变为电气刺激，再传递给使用者。对于使用者来说，触觉传来的电气信号会有一点点刺痛感，但有了这一点，人和机械的融合就又进了一步。

26823

26824

在阿富汗赫尔曼德省服役期间，英国士兵格斯韦特被塔利班发射的火箭推进榴弹炸伤，失去了右臂。2013 年12 月，他成为英国安装脑控仿生手臂第一人。令人感到不可思议的是，格斯韦特只需在脑海中想象手、手臂或者手指的活动，这条仿生手臂便会做出相应的动作

研究显示，在没有触觉刺激回传的时候，使用者为了熟练操作肌电假手，大脑会满负荷运转，因此很容易感到疲劳。但当有触觉刺激回传时，大脑的活动部位减少很多。这样，即使使用肌电假手也不容易感到疲劳。所以，回传触觉刺激是很重要的。

26825

肌电假手已经发展到能像自己的手那样做简单的工作

对大脑产生影响的输入型BMI

将触觉以电气刺激的形式回传，如果能对大脑活动产生影响的话，就可以有效地运用于脑部疾病的治疗。

脑中风患者的部分大脑会无法活动，即使身体上没问题，大脑也无法发出指令指挥身体活动，这样就造成了瘫痪。为治疗这种疾病，必须要硬逼着身体活动，重新构建新的脑神经细胞网，对此，科学家们正考虑运用输入型的BMI。

脑中风是因脑部出血、血管堵塞等原因使得血液无法正常传递，导致部分神经细胞死亡。死去的神经细胞无法再发出指令，于是造成了身体瘫痪。一直以来，治疗身体瘫痪的方法是对无法活动的部位进行康复训练，重新构建神经细胞网。把刺激回传给使用者的输入型BMI 可以运用在这个地方。

比方说，为治疗手部瘫痪，可以把检测到的正常的手的肌电信号传回给大脑，来促进脑部神经细胞网的建立。对于脚部瘫痪，可以对脚部肌肉加以电气刺激，促使其活动，也可以重新构建走路所需的神经细胞网。该系统的研发正在进行中。

BMI 作为操控机械的技术，其研究开发还在进行着。我们期待今后能借助机械操作，对使用者的身体进行治疗。

26826

用人造眼再现光明

我们的视网膜上有许多视觉细胞，它们接收到光后，会把这些情报传递给眼睛的神经细胞。如果能对视网膜的神经细胞和大脑里主管视觉的视觉区域，直接加以电气刺激，将照相机拍到的画面传递给它们，那么即使失明了，也可以重新生成视觉。

26827

照相机拍摄画面，将画面情报的电子信号传送到人工视网膜芯片上，芯片将发送的信号传递给脑部的视觉区域，从而形成画面认识

在欧美，已经将此技术实用化了。但是，目前的人造眼的电极还算不上很精细。因为电极在刺激神经时，要把照相机拍摄到的画面分割后传递，电极的数量太少的话，传送的画面就很粗糙。

将来，或许能制造出1 000多个电极的人造眼，但即使那样，画面还是粗糙，因此我们期待着运用纳米技术，开发出能形成更精细视觉画面的电极。

26828

人造眼的实用例子：葡萄牙的do belle 研究所的 do belle eye

再生医疗的研究

目前人类身体的残缺，主要还是考虑用机械来弥补，比如假肢。

壁虎的尾巴断了，还可以再长出来；蚯蚓被割开，就变成了两只蚯蚓。人们非常羡慕这些动物们的再生能力，所以在影视作品中，也经常会出现这样的剧情。

在《蜘蛛侠》中，康纳斯教授从爬虫动物的再生功能中得到了灵感，通过提炼蜥蜴的DNA，发明了一种药物，他因此得到了新的手臂。可是，他无法控制这种药物的负作用，他的身体每到夜间就开始变异成蜥蜴的样子疯狂破坏。慢慢的他有了越来越多的蜥蜴习性，再也无法回复人型了。

26829

电影中的变异令人恐怖，但利用生物的再生能力，让脏器复苏的再生医学的研究却在不断地发展中。

再生医疗的方法多种多样，比如，在事故中手指被切断了，用添加“细胞外间质”（骨胶原、透明质酸、纤维连接蛋白）的方法，能够让指尖重新生长出来。而这方面的研究也仍在继续。

更多的关于脑电波的应用

测谎仪，用脑电波揭穿谎言

人在说谎的时候，以及谎言快被揭穿的时候，会出现手心里冒汗、呼吸紊乱等反应。

“测谎仪就是能检测出谎言的仪器。最新的测谎仪能检测到某种脑电波，从而揭穿谎言。当“担心”的事情用影像和语言被表示出来时，脑部会产生一种叫做“P300”的脑电波。比如说，在戒指偷窃案件中，给嫌疑犯依次看项链、钟表、钱包等图片，当看到戒指的图片时，如果出现了P300，就说明嫌疑犯知道被窃的是戒指，所以他是犯人的可能性就更高了。这样对指认罪犯提供了帮助。

26830

如今已到了只要通过检测脑电波，谎言就无法存在的时代。