如何讓義肢造福人類？道阻且長

我們來想象一下這樣一幅畫面：某天，你在醫(yī)院中醒過來，你已經(jīng)記不清發(fā)生了什么，但是你驚恐地發(fā)現(xiàn)左手已經(jīng)不在了，醫(yī)生告訴你你剛剛經(jīng)歷了一場車禍。從那時(shí)起，你失去了你的左手，你很絕望。你發(fā)現(xiàn)生活中99%的事都要靠手來完成，這時(shí)，你想到了機(jī)器人義肢，也許它能夠幫你。

在你朋友的建議下，你來 到附近的康復(fù)中心，裝上了假肢。假肢完美地貼合你的身體，你很滿意，你還是像正常人一樣可以做自己喜歡的事，你漸漸地開始接受自己的新身份，你忘了自己是殘疾人。

那么，現(xiàn)在，我要告訴你一個(gè)悲傷的消息。

在歐洲，每年有1900起新的截肢案例。而機(jī)器人、康復(fù)科學(xué)、工程學(xué)能為這些人做些什么呢？至少在我寫這篇文章之前，它們能做的，非常少。

雖然多指義肢已經(jīng)在醫(yī)療市場上出現(xiàn)8年了，但是要實(shí)現(xiàn)我前文描述的景象現(xiàn)在仍然很難實(shí)現(xiàn)，更別說整條手臂的截肢了。如果你失去了整條手臂，要實(shí)現(xiàn)上述的情景簡直癡人說夢(mèng)?，F(xiàn)在，只有世界頂尖的實(shí)驗(yàn)室才能解決這個(gè)問題，而前提是它們能夠吸取到足夠多的資金?，F(xiàn)在，世界上只有唯一一個(gè)成熟的機(jī)械義肢 ------DEKA義肢， 得到了FDA（美國食品藥品管理局）的批準(zhǔn)。該裝置由Segway的發(fā)明者Dean Kamen的公司開發(fā)，尺寸與重量基本與成人的手臂一樣。該義肢由植入在殘留肢體中的肌動(dòng)電極控制。傳感器會(huì)收集上臂肌肉運(yùn)動(dòng)時(shí)的電信號(hào)，而義肢中的計(jì)算 機(jī)可識(shí)別出使用者的操作類型。雖然它在某一特定范圍的應(yīng)用較為成熟，但要造福廣大百姓還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

工業(yè)機(jī)器人還是摩托車？

我們研究中心關(guān)注這個(gè)問題已經(jīng)有10年之久了，并且一直在為打造自然靈活、值得信賴的上肢義肢而努力。

我們面臨著巨大的挑戰(zhàn)：怎樣將義肢連接到病人身體、怎樣確保系統(tǒng)能夠讓病人做自己想做的事，怎么避免控制系統(tǒng)產(chǎn)生的錯(cuò)誤等等。我們與醫(yī)院和診所密切接觸，來了解病人的真正需求。

我們發(fā)現(xiàn)：主要的瓶頸就是現(xiàn)在的義肢有點(diǎn)像工業(yè)機(jī)器人。它們最開始是為某一特定的人群打造，后來卻要運(yùn)用于其他的病人。因?yàn)槊總€(gè)病人的情況不一樣，因此要完成這個(gè)任務(wù)幾乎不可能。

我 們需要一整套體系（包括傳感器、控制電子和義肢本身）能夠緊緊地和病人身體契合，并隨著時(shí)間的推移越來越契合。而對(duì)于系統(tǒng)來說是一個(gè)學(xué)習(xí)過程：一方面，基 于機(jī)器學(xué)習(xí)的控制系統(tǒng)需要一直處于一種“提高”的狀態(tài)，能夠越來越適應(yīng)新的環(huán)境；另一方面，病人也會(huì)隨著時(shí)間的推移對(duì)自己的義肢越來越了解，能夠向義肢發(fā) 出指令。

這個(gè)過程有點(diǎn)像學(xué)習(xí)開摩托車。你需要了解引擎的力量、轉(zhuǎn)向裝置的穩(wěn)定性，還需要學(xué)習(xí)如何啟動(dòng)、控制方向、剎車等等。你練習(xí)得越多，你的技能就會(huì)越強(qiáng)。經(jīng)過一段時(shí)間之后，你將能游刃有余。而義肢也是一樣，你需要與它親密接觸，這樣日復(fù)一日之后，它才能成為你身體的一部分。

讓義肢不斷學(xué)習(xí)

我 們使用這種機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來產(chǎn)生”不斷適應(yīng)“的效果，讓義肢與病人越來越合拍。算法可以將身體信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂浦噶?，在接受到熟悉的指令時(shí)，義肢會(huì)作出相應(yīng)反 應(yīng)；而在接受到不熟悉的指令（比如當(dāng)時(shí)病人處于壓力狀態(tài)，肌肉狀態(tài)與平時(shí)不一樣，這時(shí)義肢會(huì)接受到新的指令）時(shí)，新的指令會(huì)添加到信息庫之中，這樣義肢今 后遇到類似的情況將會(huì)作出相關(guān)反應(yīng)。

這種技能其實(shí)非常重要。義肢會(huì)遇到很多不同的場景，比如，穩(wěn)定地提起重物。想象一下：某個(gè)下午你在購 物，不管你在走路、坐下、彎腰、蹲下，購物袋必須穩(wěn)定地掛在你的手上，因此你的手、手腕、肩膀等必須保持穩(wěn)定。而在康復(fù)項(xiàng)目的最開始，我們就要預(yù)測(cè)到這種 情況；而碰到?jīng)]有遇到的情況，義肢就需要學(xué)習(xí)。

其實(shí)，義肢的學(xué)習(xí)就是控制系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，而控制系統(tǒng)要不斷學(xué)習(xí)，就要讓它不斷和物體接觸，這就是康復(fù)的關(guān)鍵。此外，沒有哪個(gè)測(cè)試能迅速地產(chǎn)生效果。我們需要結(jié) 合各種不同的物體、控制系統(tǒng)、義肢等等，一次一次試驗(yàn)，讓系統(tǒng)適應(yīng)不同的日常場景。這就意味著我們的工程師、數(shù)學(xué)家、機(jī)器人學(xué)家必須將自己的技能與醫(yī)學(xué)、 與病人結(jié)合，必須學(xué)習(xí)與終端用戶、醫(yī)生等接觸，并要從一開始就測(cè)試不同的機(jī)電整合模型。

前面道阻且長

義肢不僅需要解決生物排斥性問題，需要與人體完美契合，更重要的，它要具備學(xué)習(xí)技能。不過，現(xiàn)階段的現(xiàn)實(shí)還很殘酷，很多截肢的人并沒有辦法安裝上義肢，并且世界上至今尚未出現(xiàn)文章開頭提到過的那種康復(fù)中心。

要讓義肢真正造福有需要的人，我們?nèi)匀坏雷枨议L。從中長期來看，我們應(yīng)該開放義肢市場；而在短期內(nèi)，我們需要提升義肢功能，讓義肢能夠不斷學(xué)習(xí)，使之與用戶越來越合拍。只有這樣，我們才能真正讓殘疾人的世界變得更加美好。