圖:@視覺中國
英國天體物理學家霍金的辭世,令世人感覺惋惜。一時之間,圍繞在他身邊的各種話題,都成為熱點。有人說,霍金的輪椅才是當今科技的巔峰,在這部「全世界最貴的輪椅」裡,究竟隱藏了哪些黑科技?不妨讓我們逐一細數。
文/廣州日報全媒體記者 黃嵐
技術剖析
輪椅1.0:從「眼神交流」到「手指操控」
背景:1963年,21歲的霍金不幸被診斷患有肌肉萎縮性側索硬化症。患病之後,他全身只有三根手指和兩隻眼睛可以活動,並且只能用極其微弱、難以識別的語言交談。在1985年因患肺炎而做氣管切開手術後,霍金更是被徹底剝奪了說話的能力。
1.智能手指操控器
在傳記電影《萬物理論》中有個片段——霍金嘗試用拼字板與別人交流,他需要利用眼神選定區域、再確定顏色,最後挑挑眉毛表示確認。因為每個詞彙,都需要逐個字母拼成,這種交流方式不僅效率低下,且只能交流在雙方面對面且熟知規則的情況下進行。於是,研究人員將注意力放在了手指上。他們給霍金的輪椅加上了一臺裝了專門軟體的電腦和顯示屏,有了這套系統,霍金便可以手握操控器,每分鐘至少能拼出15~20個單詞。
2.文字轉換語音處理器
恢復寫作的同時,「發聲」也是關鍵。研究人員改造了一臺原本用於電話自動應答系統的設備,並用上了當時最好的文字轉換語音處理器。
這個名為「平等器」的電腦程式,其中的文本文件是Word 。它可以讓霍金從屏幕上選擇詞彙,只要他按動手中的開關選擇詞彙後,就會轉入語音合成器,發出聲音來。這臺設備經過不斷改進,使霍金「說話」的速度大大加快,每分鐘還可以「說」出15個詞。正是藉助輪椅上的軟體和發聲器,霍金在這個時期裡出版了震驚世界的《時間簡史》。
輪椅2.0:從「檢測肌肉」到「追蹤眼球」
背景:霍金的病情依舊在惡化,到了2008年,霍金全身只剩下一塊右臉的肌肉能動,他的輪椅需要繼續「被改造」。
3.紅外線監測技術
研究人員為他設計了一個特殊的眼鏡,眼鏡上配備了名為「cheek switch(臉頰開關)」的裝置,包含紅外線發射器和檢測肌肉活動的探測器,通過霍金說話時面部肌肉的收縮和舒張,來激活輔助系統,並用眼球控制紅外線發射器,選定在屏幕中輪流出現的英文字母。霍金在計算機上所做的一切,都是透過臉頰某一條肌肉運作。雖然仍能進行寫作,但用臉打字的效率降到每分鐘5~6個單詞。
4.眼球追蹤技術
隨著時間的推移,就連這臉上唯一能動的肌肉也在逐漸僵硬。霍金曾一度花了足足20分鐘才「說」出了30個左右的詞。研究人員曾考慮用當時最新的眼球追蹤技術來替代舊系統。只可惜當時由於霍金的病情導致眼瞼下垂嚴重,眼球追蹤技術無法準確地鎖定他的目光,所以這項技術被迫放棄。
5.智能文字預測技術
我們熟悉的「智能輸入法」,其實早就在霍金的輪椅上出現。為提高霍金的打字速度,研究人員採集了他的大量文檔,分析詞頻以及上下文關聯,在霍金輸入時會給出最合適的預測詞。依靠這項人工智慧預測技術,霍金僅需要輸入15%~20%的字母,軟體就能預測出剩下的內容,還能夠在每輸入一個單詞後,預測出下一個可能的單詞。利用升級後的軟體,霍金的輸入速度至少提高了一倍,也就是每分鐘輸入3~4個單詞。
6.遠程遙控技術
在霍金輪椅上的平板電腦上擁有Core i7處理器。這個「萬用遙控器」是一個紅外線裝置,除了可以控制輪椅上所有的電子系統,還能用來操控霍金的辦公室和家裡的所有智能設備,包括電視、音響、燈光等,甚至可以用來開門、關門等。我們現在所謂的智能家居生活,其實霍金早就在體驗了。
輪椅3.0:從「人機互動」到「腦機接口」
科技永遠不會停下腳步,3.0版本的智能輪椅一直在醞釀中。或許,這並非只是為霍金一個人而設計的,所有重度殘障人都有可能受益於此。
7.「人-機界面」技術
「人機互動技術」不僅能讓殘障人自主控制電動輪椅,還能將思想傳送到語音合成器,讓後者代為「說話」。最新版的智能輪椅基於喉部肌肉發音時的收縮和舒張來設計,軟體能夠通過「讀懂」喉嚨肌肉群的運動,來判斷要說出的詞句,傳輸到語音合成器上後,就能形成人的話語。霍金生前已嘗試過這種技術,但由於他的健康狀況,以及技術水平尚未成熟,當時並未啟用。
8.「腦機接口」技術
在未來科技的支持下,大腦不僅能幫助「發聲」,還可以直接控制不能運動的四肢。這種更高級的「腦機接口」智能技術,是將名為「神經生命」的晶片植入腦部,然後使它通過連接器與電腦相連。如果想用思想控制輪椅的運動,就必須在大腦中樞植入晶片,然而霍金還不願意在自己的大腦中植入晶片。
專家聲音
「最強輪椅」: 是真實存在還是虛構?
隨著霍金的離世,它的「座駕」輪椅便成了一些科技大佬爭搶研究的對象。據BBC媒體爆料,霍金座椅將被英國皇家博物館永久收藏,為了紀念這位偉大科學家,英國博物館還將對這個座椅提供唯一的展覽館。
然而對於霍金輪椅上的黑科技,也存在某些質疑的聲音,認為當今的科技水平根本不可能造就如此「神器」。為此,記者專門採訪了華南理工大學軟體學院的黃翰教授。「『用臉打字』在技術上是可行的,眼球追蹤技術也可以做到,至少可以實現眼球控制光標和觸發光標選擇等等。」黃教授告訴記者,對於行動不方便的人士或者需要無聲非接觸的場合,眼動控制確實是一種非常適合的方法。這項技術要進入日常應用,主要是解決傳感器的感應精確度和人體使用副作用問題。不久前,北大就有一位「漸凍人」博士利用類似技術,實現用眼球轉動來發微信。
至於「文字轉換語音處理器」「紅外線監測技術」等,黃教授告訴記者,這些目前技術相對成熟,也在一些移動終端產品上有普及。「『智能文字預測技術』目前在一些個性化輸入法上也是成熟的,我們經常打的詞和短語(對於霍金來說是單詞或者短語)會在前面幾個字或者字母出現時優先被推薦給輸入者去選擇。」他說,「但『腦機接口』目前產品不多,科研用途比較多一些。這些技術難被普及的原因,首先是因為技術效果不穩定,其次是造價太貴。」據粗略估算,買一臺目前版本的霍金輪椅大概得花95萬~100萬美元。如果將來真的升級到3.0版,恐怕價錢更會高出許多。
無論如何,霍金生前的「座駕」匯聚了眾多尖端的「黑科技」,是迄今為止最為先進的輪椅。