霍金輪椅上的八大「黑科技」

2020-12-25 廣州日報

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。

相關焦點

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    如果不是事先了解霍金,我不會相信這些事是一個全身癱瘓、肌肉萎縮、無法發聲的人做的,霍金之所以能做到這些事情很大程度歸功於他的高科技輪椅。「飆輪椅」的霍金霍金患病後坐上了輪椅,卻常常「飆輪椅」,速度和靈活度令人詫異。
  • 霍金:方寸輪椅 無垠宇宙
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  • 對不起,大多數的漸凍人沒有霍金的輪椅
    他在世界各地的巡迴演講活動一票難求,還親自代言過輪椅、汽車等品牌。以他為原型的電影《萬物理論》獲得了多項電影大獎……從某種程度上來說,霍金是一位可以和娛樂明星相提並論的科學家。試問,現在世界上還有哪一位科學家可以和娛樂明星相提並論呢?
  • 只有三根手指能動的霍金,是如何靠輪椅實現發音寫作自由的?
    學術上的成功,讓霍金獲得全世界的矚目,但他身患重疾仍未停止對人類未來探索的精神,更是讓他成為了全民眼中的勵志英雄。紐約時報這麼描述霍金:「他在輪椅上漫遊宇宙,思考萬有引力的本質和宇宙的起源,並成為人類決心和好奇心的象徵。」
  • 輪椅上的科學巨人:霍金的傳奇人生
    霍金是世界著名的物理學家和數學家,同時也是一位哲學家和思想家,是現代最具影響力的偉人之一。他的專著《時間簡史》,1988年首次出版,截止2019年,已再版十餘次,被譯成40多種語言,全球發行量超過2500萬冊,是歷史上最具影響力的科學著作。一提到霍金,大家自然而然想到的是一位坐在電動輪椅上的科學家形象:
  • 世界上最有名的兩個坐輪椅的人,一個霍金,另一個是這個中國人
    霍金雖離我們遠去,不過他的豐功偉績和為人類帶來的財富是後人享之不盡的。史蒂芬·威廉·霍金21歲時患上肌肉萎縮性側索硬化症,天降大禍於這等奇人之上,直叫人惋惜,不過因禍得福,不便的行動使他能夠擺脫身邊瑣事,全身心的投入在宇宙學的研究之中,並建樹獨到,理論威震全球。
  • 霍金死後,他那輛價值8億的輪椅最終歸屬如何?說出來你可能不信
    只要為社會做出了很多的貢獻,人們就會一直記得他,他的精神會永存歷史,而霍金就是這樣,2018年3月14號霍金死了,但是它為人類所留下來的寶貴財產是人類永遠都不會忘記的。不過很多人可能會好奇,霍金逝世之後,他那輛價值8億的輪椅到底最後怎麼樣了呢?說出來你可能都不會相信!
  • 看懂黑科技丨科學巨人霍金生前是如何「說話」的?
    後來,物理學家馬丁·金想到用一套輔助軟體來跟霍金交流,他找到了美國加利福尼亞 Words+ 公司的 CEO,請求他幫助霍金教授,於是他們在霍金的輪椅上安裝了 Apple II 電腦以及一個顯示器。這套系統的原理其實很簡單,光標會一行一行地掃過屏幕上顯示的字母表,霍金只需要在光標經過想要的字母時給電腦一個確認指令便能實現輸入。
  • 高校為新生定製「霍金同款」輪椅,還有這些......
    「這個輪椅跟霍金用的那個很像,我很喜歡。」江蘇泰興的葉冠辰,還收到了學校定製的黑科技禮物。因為肢體上的殘疾,葉冠辰必須坐在輪椅上才能走動。葉冠辰說:「這個輪椅比我想像中的高級很多。」包加桐還表示,如果葉冠辰在後期的時候對這方面的研究有想法的話,可以加入實驗室,一起來做智能輪椅新版本的研發。
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    「這個輪椅跟霍金用的那個很像,我很喜歡。」江蘇泰興的葉冠辰,還收到了學校定製的黑科技禮物。據央視新聞報導,葉冠辰不僅患有肢體殘疾,曾經還因兔唇語言功能有所缺失。「智能輪椅」解放父親雙手因為肢體上的殘疾,葉冠辰必須坐在輪椅上才能走動。
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    「這個輪椅跟霍金用的那個很像,我很喜歡。」最近兩天,江蘇揚州大學校園熱鬧非凡,來自全國各地的新生前來報到。江蘇泰興的葉冠辰,還收到了學校定製的黑科技禮物。「智能輪椅」解放父親雙手因為肢體上的殘疾,葉冠辰必須坐在輪椅上才能走動。得知這一情況,揚州大學電氣與能源動力工程學院測控技術與儀器專業的老師,專門為他量身設計了一款具有自動跟隨的智能電動輪椅。
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  • 人物物理學家霍金的故事
    霍金熱衷於搞清楚一切事情的來龍去脈,因此當他看到一件新奇的東西時總喜歡把它拆開,把每個零件的結構都弄個明白——不過他往往很難再把它裝回原樣,因為他的手腳遠不如頭腦那樣靈活,甚至寫出來的字在班上也是有名的潦草。霍金在17歲時進入牛津大學學習物理。
  • 高校為新生定製「霍金同款」輪椅,這些操作太硬核!
    「這個輪椅跟霍金用的那個很像,我很喜歡。」>江蘇揚州大學校園熱鬧非凡來自全國各地的新生前來報到江蘇泰興的葉冠辰還收到了學校定製的黑科技禮物」解放父親雙手葉冠辰必須坐在輪椅上才能移動,得知這一情況,揚州大學電氣與能源動力工程學院測控技術與儀器專業的老師,專門為他量身設計了一款具有自動跟隨功能的智能電動輪椅。
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  • 輪椅上的宇宙:紀念霍金-新聞專題-科學網
    但是霍金曾經下注100美金賭希格斯粒子不會在任何對撞機上被發現一事,卻惹惱了他的同胞、「上帝粒子」之父彼得·希格斯(Peter Higgs)。 針對「霍金將希格斯拋進了黑洞」之類聳人聽聞的傳言,希格斯在2002年的一次晚宴上向記者發牢騷說,霍金由於其特殊的名望獲得了本不該有的、信手拈來的權威性,同時他與其他領域的理論家們交流起來很困難。
  • 霍金21歲患漸凍症,大半生都在輪椅上,他的家庭如何?
    霍金,也許不是當代成績最為突出的物理學家,但他一定是當代最廣為人知的物理學家。 他的著作《時間簡史》一版再版,成為世界上最成功的科普讀物之一,他提出的「蟲洞」理論充滿了科學而神秘的色彩。
  • 高校為新生定製「霍金同款」輪椅
    「這個輪椅跟霍金用的那個很像,我很喜歡。」葉冠辰坐在學校特地為他私人定製的輪椅上,心裡的高興不知道怎麼表達。他在高中時,每次考試成績總是在班上名列前茅,在年級裡也能保持前四十幾名的成績。他的高中同班同學朱震陽說,「從他身上能學到一種積極向上的精神,遇到困難勇敢面對,努力克服。」如今,葉冠辰的高考成績證明了他的努力結果。「智能輪椅」解放父親雙手求學路上的困難和艱辛,依然困擾著葉冠辰和他的父親。
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  • 霍金的論文和輪椅等進行拍賣 拍得的資金將捐給慈善事業(雙語)
    倫敦電——周四,已故英國物理學家史蒂芬.霍金使用的電動輪椅在拍賣會上以近30萬英鎊(約合391,740美元)的價格成交,同時他的一篇論文的成交價幾乎是電動輪椅的兩倍,拍得的資金將捐給慈善事業。   霍金以探索宇宙起源而聞名,因患有運動神經元疾病,他一生大多時間都在輪椅上度過,今年3月,霍金去世,享年76歲。