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休·赫尔:他被风雪截断双腿仍未倒下,用科技筑起巨盾抵挡残疾 精选

已有 2400 次阅读 2017-9-14 23:10 |系统分类:科普集锦


一场意外,有的时候会夺走人的生命,有的时候夺走的是人的自由。

他们失去了双脚,被剥夺了自由行走、奔跑的能力,没得选择地戴上了假肢、坐上了轮椅。


对他们而言,假肢虽然赋予他们重新行走的能力,却也成为他们的一个雷区。



但有一种发明,在生理作用上足以媲美真腿。

这种发明能够让他们慢慢回归自己的生活,尝试奔跑。


心理上逐渐接纳假肢,甚至有自信去展示假肢,挑战许多过往不敢尝试的事情。



他们的改变,都要从这个叫休·赫尔的人开始说起。

17岁时已经是全美最优秀的攀岩者之一,一场突如其来的暴风雪夺走了他的双腿,他因而投身假肢研发,成为了这一领域的佼佼者。


如果没有那场暴风雪,我们将很难有机会见证他如今的成就。


休·赫尔


休·赫尔是一个小镇青年,从小从农村长大。

赫尔一家都不是安分的人,来自骨子里的基因,让他喜欢冒险喜欢挑战。


他7岁的时候就跟着哥哥们学习攀岩,8岁时便登顶了3544米高的Mount Temple*。

站在这岩壁上,看着磨的自己手疼的岩面,他立誓成为这个世界上最厉害的登山者。


*注:Mount Temple位处加拿大阿尔伯塔省班夫国家公园,由登山者乔治·道森在1884年征服并命名。



赫尔17岁时,已经是全美最优秀的登山者之一。


对于普通人来说特别重要的学生时期,他却从不热心学习。

不断地和伙伴们寻找着更陡峭的岩壁,在最锐利的年纪,去挑战所有未知。


就当他名扬登山圈时,却因为一场事故跌入人生最低谷。


当时,赫尔和一名同伴一起驱车前往新罕布什尔州,打算攀登华盛顿山


当他们成功越过最后800英尺的冰面到达顶点,却在此时遭遇了剧烈的暴风雪。

两人在风雪中被困了3天3夜,他们的脚被掩埋在零下29度的雪地中,受到了严重的冻伤。



幸运的是山下的居民发现了他们的踪迹,救助队很快发现了他们。

不幸的是,尽管医生已经尽力在挽回他的双脚,却不得不在膝盖以下截肢。


赫尔醒来后,看到自己的空荡荡的双脚,陷入长久的沉默。

作为一个攀岩者,他最无法接受的便是失去了双脚,他愿意失去其他东西,也不希望四肢不全。



在他数月的手术和康复期间,这样的情绪始终伴随着他。

直至他穿上了他人生第一副假肢,生硬又难穿。


他再次拥有了“脚”却丢了魂,他与父母倾述道,他还渴望攀岩。


他的父母太清楚攀爬就是他生命的激情,说了一句改变他一生的话:

如果我们不允许你这样的追求,那只会给你带来大量的愤怒和沮丧。


赫尔正在训练

赫尔从父母的话中得到了鼓励,经过深思,他决定再攀一次岩。

于是,他在哥哥的陪同下,竟凭借着这副新的身体,爬上了垂直的悬崖。


这时在悬崖上眺望的风景,好像8岁时看到的一切,他感到身体的自由。

他就这样坐在山上,遥想着要与这双腿一起面对的未来。



但这远远不够,赫尔想要证明失去双腿的自己并不比常人差,于是便开始自己制作攀岩的假肢。

为了制作出性能更好更舒适的假肢,赫尔拾起了荒废多年的学业,主动回到了学校。


他不断试材料、做设计,并凭此登上了各种各样的岩壁。


凭借着这些假肢,赫尔相比过去的攀岩水平有了更大的提高。

一些健全的攀岩者都忍不住羡慕他的“脚”,纷纷扬言要截肢。


他再一次成为攀岩圈内的佼佼者,假肢成为他证明自己的重要支柱。


登上运动杂志《Outside》封面


除了证明自己,赫尔还挖掘到了他的第二兴趣——物理。


因为学习制作假肢,他接触到了物理,一瞬间便被物理的魅力吸引。

他时常躲在家里学习物理,甚至放弃了大量的攀岩时间。


物理成为了他人生的又一大转折点。

拥有假肢后,时而180时而150


为了获取更多的物理知识,他来到了米勒斯维尔大学,攻读物理学本科学位。


在学习中,他想明白了自己为何面临如此困境。

这都归罪于科技,不先进的科技让人类承担残缺。


赫尔(左二)与他的朋友


想通了这件事后,他也找到了未来的方向。


他在麻省理工学院(MIT)攻读机械工程硕士学位,随后又在哈佛大学攻读生物物理学博士学位。

毕业后,他重返MIT的实验室开展研究,希望制作出能够灵活运动的仿生机械腿。


麻省理工实验室


____________


经历磨难后的赫尔教授显得格外安静、沉默,但当他谈起仿生腿时,眼神冒着光。

由赫尔领导的研究小组成功开发出了能让人自如活动的双脚,重要的是他的假肢设计的很美。


赫尔还创立了自己的公司BiOM(原名iWalk),将他的仿生假肢系统推广到了全世界。

全球900多名患者接受这套首屈一指的仿生假肢,其中包括了400名退伍军人。



在赫尔的实验室里,到处都是机器,在桌面上横七竖八地躺着各种各样的机械腿、脚踝、膝盖。


这间实验室代表了这门新兴科学的最前沿,它融合了物理学、生物学、机械学、电子学等多个学科。

这里出现的机器能够和人混合一体,这些正是赫尔多年来一直追寻的东西。


能够感应神经电信号的BiOM仿生腿

尽管这项技术现在还很昂贵,一幅仿生腿要3~5万美元,不是谁都能消费得起。

但这项技术担得起这价格,这可是有史以来第一个能模拟自然步态的辅助系统。


在智能算法的协助之下,使用者能够用几分钟的时间适应假体。

同时假体的重量更轻,体积更小,所需要的能量也更少。


赫尔与他的家人


为了研发出这套仿生机械腿,赫尔的团队研究了正常人的腿部受力和发力时的肌腱与电流的动态。

大量数据构成了这一条仿生腿,它依靠两个微处理器和六个环境传感器,能够随时调整踝部刚度、位置。


脚跟运动时,系统能够控制着踝关节的刚度以吸收冲击力,并推动胫骨前进。

在算法的支持下,能够根据地形不同,产生不一样的力量,以推动穿戴者向前。


实验检测装置

反观传统的假肢,依靠弹簧或是液压系统,会消耗更多的能量。

他们将走得更慢,却要消耗更多的代谢能量,同时需要经受更多的肌肉骨骼应力,从而诱发骨关节炎。


相比之下,仿生腿虽然昂贵却能够防止如骨关节炎等治疗昂贵的疾病。

它通过灵活调整的踝关节,在步行中减轻对前腿的冲击,从而减少伤害。


传统假肢

另一方面,仿生腿的外形比之传统假肢更好看。

赫尔一向不能理解,为什么人们在见到残疾人时视线要避开对方的腿或者轮椅,难道机械腿不酷吗?


他想改变普通人对残疾人的刻板印象,他自己就经常展示假肢。

当他用假肢行走、奔跑、跳跃时,你不得不承认,超酷。


仿生假肢的研究不仅仅能够帮助残疾人,同时能帮助人们“治愈”衰老


随着年龄的增长,肌肉纤维的丧失和小腿肌肉丧失动力都会导致一些关节疾病。

这时依赖外部力量行走能让老年人群重获健步如飞的能力。



在未来,仿生假肢将让正常人也使用上,他们能够用更少的力量去行走或奔跑。

也许随着仿生技术发展,人们可以依赖双脚出行,而不再使用汽车。


甚至通过大量模仿人体行为,类人机器人也能够被开发出来。


不过现在技术还不足以肩负这一些,仿生假肢还不能如同人的肢体一般任意使用。


例如一位名为女舞者阿德丽安娜,她在赫尔的帮助下,重新回归了舞台。

她的仿生脚便是赫尔团队专门制作,通过记录真人舞蹈的数据,逐步开发的。


阿德丽安娜


尽管仿生腿不能如人腿一样感受泥土,或是草的柔软,但生命的延续确实在赫尔的实验室里开始了。

赫尔曾说过:我相信有这么一天,我的腿会和正常的人腿有完全相同的功能,然后它会比你的腿更好


随着技术进步,依靠神经的电信号控制机械腿运作必将实现,自由度更高的仿生四肢也不会是幻想。



赫尔说出的话绝不是空想,他在仿生腿的研究已经取得巨大成功:


他曾发表超过60篇论文,拥有着过百项专利。

他研发的仿生腿曾被《时代》周刊评为2004年健康类别的十大发明。

他还在2005年时,获得“大众力量突破性领导奖”。

2007年时,获得了第十三届亨氏技术、经济与就业奖。

2008年时,获得达芬奇精神奖。

2014年时,由史密斯杂志评选为技术类别的“美国独创性奖”。


赫尔从攀岩者成为科技大拿,只是为了证明自己。

他改造了假肢,创造了仿生假肢。

他证明了自己,也证明了他说过的一句话:若不是科技残缺,人永远不会残缺。



也许在未来,科技将会和《攻壳特工队》里描绘的一样,和人类完美地融合在了一起。

义肢假体也只会是稀松平常了而已。


*参考资料

Youtube(InfiniteHistoryProject MIT)《Hugh Herr - Infinite History》

MIT News《Bionic ankle "emulates nature"》

PeakFinder《Mount Temple》

TED《现代仿生学让我们重新奔跑,攀爬以及跳舞》




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