創新仿生學，讓我們重新奔跑、攀爬、起舞

受到大自然自身設計的啟發，修·赫正在建立新一代仿生肢與機器義肢。赫在三十年前的一次攀岩中，失去了雙腿；現在，他是 MIT 媒體實驗室生物機械組的領導者。他在這個涉及技術和個人生命歷程的演講中——借助標準舞者雅芝·哈斯戴維的幫助——展示了這一令人難以置信的科技。雅芝·哈斯戴維在 2013 年波士頓馬拉松炸彈襲擊中失去左腿，並在 TED 的舞台上，首次在事故後表演。

探察自然本質

透過科學之放大鏡，

設計者對自然的本質、過程及材料

進行提取，

這三者形成設計方法論之基石。

從使用合成技術

來模仿生物材料，

到利用計算機方式來模仿神經傳導，

自然都是在駕馭設計。

而設計本身亦在驅使自然。

在基因學、再生醫學、

及合成生物學領域中，

設計者不斷發展

自然從未預測到或預料到的創新技術。

仿生學研究的，

是生物學與設計之間的互動。

大家可見，我的雙腿為仿生所造。

今日我要講的是，

仿生學與人類相融合的故事，

電機機械系與人體相結合的方式、

植入人體內的方式，

正正開始

縮小殘疾人與健全人之間的距離、

縮小人類局限性

與人類潛能之間的距離。

仿生學給我的身體帶來新的定義。

一九八二年，我雙腿截肢，

因為在一次登山事故中

我的雙腿組織被凍傷。

那時候，我並無將自己的身體

視為殘疾。

我的邏輯是，一個人

永遠不會殘疾。

科技才是殘疾的。

科技是有缺陷的。

這個簡單但強大的念頭

是對行動的召喚，

召喚改善科技，

消除我自身的缺陷，

最終亦都解決他人之缺陷。

我開始設計特殊肢臂，

這樣的設計允許我

重返岩石冰川的攀登世界。

我很快意識到，我身體中的人造部分

具有可塑性，

可以以各種形狀功能出現，

如同一塊白板，

可被延伸塑造成

超越生物性能的結構。

我可以調節我的身高。

我可以變成五寸釘，亦可以變成六尺高。

（笑聲）

所以當我為自己難過時、

缺乏安全感時，我就會增加身高；

到我覺得自信嫻雅的時候，

我就會調低一節高度，

就當系一個競賽。

（笑聲）（掌聲）

狹窄楔形的雙腳

令我攀登陡峭岩石裂紋時游刃有餘，

但是一般的人腳則不能做到，

帶尖刺的脚

允許我攀登垂直冰牆時，

不會出現雙腿肌肉疲勞。

通過技術創新，

我以更強勁的姿態重返運動。

技術抹去我身體的缺陷，

賦予我嶄新的攀登潛能。

作為年少之人，我想像在未來的世界裡，

科技會相當先進，

足以擺脫殘疾的世界，

在那個世界，神經植入

可以幫助視障人士重見光明，

身體癱瘓的人

可以借助身體外骨骼重新步行。

可惜，因為科技是有缺陷的，

殘疾還是遍布全球。

這位先生缺少三條肢臂。

這是給現代科技的證明，

這位先生已經擺脫了輪椅，

但我們需要進一步完善仿生學，

允許將來有一天

受到如此創傷的人亦可以完全恢復。

我們在 MIT 媒體實驗室建立了

高端仿生學中心。

該中心的使命，

是發展基礎科學

以及科技能力，

使得人類可以利用
生物機械仿生學和再生學

在大範圍內修復

大腦和身體的殘疾問題。

今日我要跟大家講解
我雙腿的功能、

我雙腿的運作方式，

以此作為該中心的說明案例。

現在我確定我昨晚剃了腳毛，

因為我知道今日我要
把雙腿展示給大家。

仿生學需要高端層面工程。

我的仿生肢上有三個高端層面；

機械層面上，

我的雙腿是如何與我的肉體結合；

動態層面，兩者如何像
同肉與骨那樣靈活運動；

電子層面上，兩者又是如何

與我的神經系統溝通。

我會先從機械層面開始講。

在設計領域，我們尚不清楚

如何將設備機械安裝在人體上。

對於我來說，不可置信的是，今時今日，

人類歷史中最為長久成熟的技術

——鞋子——

依然會令我們雙腳生水泡。

為什麼會這樣？

我們不知道怎樣
在我們的身體上安裝東西。

這裡是一件漂亮得意的設計作品，

是 MIT 媒體實驗室的
內日·奧斯曼的作品。

展示的是人体外骨骼抗阻空间，

是利用立體打印模型

通過色差顯示出來的。

想像一下，在未來

衣服的柔軟硬挺由你而定，

任何時候都可以
提供最佳的支持和靈活性，

絲毫不會引起不適。

我的仿生肢安裝在我的體內，

用的是人造皮膚，

這種人造皮膚有不同柔軟度，

來適用我體內的組織生物機械。

要取得這樣的適用能力，

我們首先為我的生物肢臂

建立了一個數學模型。

到了最後，我們使用成像工具，譬如 MRI，

觀察我的體內，

找出不同組織的

幾何形狀和位置。

我們亦使用了機器人工具。

這是14—執行器循環裝置，

用來測量我的生物肢體。

這些執行器進去找出肢體的表面，

測量缺失部分的形狀，

然後按壓組織，

從解剖學的角度，

測量組織的順從性。

我們結合這些成像和機器人數據，

給我的生物肢體
建立一個數學描述，

也就是左邊的這些。

大家可以看見一些點或節點。

每一個節點都有
不同顏色標識組織的順從性。

然後我們做一個數學轉換，

轉換為人造皮膚的設計，

如右圖

我們討論發現，最佳狀態是，

人體剛硬的時候，人造皮膚應該要柔軟，

人體柔軟的時候，人體皮膚應該要剛硬。

這種適應能力

應該體現在所有組織的服從性。

有了這個框架，

我們製造出仿生肢體，

這是我有生以來
穿過的最舒服的義肢。

很明顯，在將來，

我們的衣服、鞋子、背帶、

還有我們的義肢要設計製造時，

用的不再是手工藝方式，

而是資料提取的數據框架。

在未來，我們的鞋子

不會再要我們長水泡。

現在我們也在人造皮膚裡

植入感應和智能材料。

這種材料

是由 SRI 國際（加州）研發。

這種材料利用靜電作用，改變柔軟度。

所以材料無需電壓也具有服從性。

這種材料像紙張那樣輕軟。

按鈕按下去，啟動一伏特，

這種材料就會變得像板那樣硬。

我們把這種材料植入到人造皮膚，

用來連接我的仿生肢和肉體。

在我走路的時候，

沒有電壓。

我的觸面是柔軟服從的。

按鈕按下去，用到一伏特，

就會變硬，

令我更自如地

操作我的仿生肢。

我們亦都研發外骨骼。

外骨骼可以變硬變軟，

隨著運動的節奏

在正確的地方保護生物關節，

使其不受高衝擊和退化的影響。

在未來，我們在平常的活動中，

譬如跑步時，都會使用外骨骼。

下一個，動態層面。

我的仿生肢是如何
像肉與骨那樣靈活活動？

我們在我的 MIT 實驗室研究

人類是如何使用一般的
生理機能站立、走動和奔跑。

肌肉如何作用，

肌肉又是如何受脊髓控制。

這類基礎科學促進我們的發展。

我們在發展仿生腳踝、膝蓋、臀。

我們在從頭開始
建立身體的各個部分。

我現在所穿的義肢，叫 BiOMs。

這種義肢已經使用在
將近一千個病人身上。

其中四百人是美國傷兵。

這是怎樣使用？當腳跟著地時，

系統會通過電腦的控制控制柔軟度，

以降低肢體著地的衝擊。

然後在走姿之間時，仿生肢會發出

高扭矩和高能量來把人提高，

完成步伐，

這與肌肉在小腿位置的移動相似。

這個仿生推進力

對臨床病人來說相當重要。

在左邊，大家看見仿生設備，

穿的人是一位女士——

在右邊，同一位女士在使用不同的設備，

這個設備不能模仿正常的肌肉功能——

她穿上之後，

可以做常人能夠做到的事，

在家裡面走上走落。

仿生肢同樣可以進行
出眾的體育運動競賽。

這是一位先生在石路上往上跑。

這是斯提夫•馬丁，他不是喜劇演員，

而是一位在阿富汗的
炸彈爆炸中失去雙腿的先生。

我們也在利用同樣的原理，

發展可以包圍生物肢體的

外骨骼結構，

這位先生

並沒有腿傷或殘疾。

他的身體很正常，

因此，這些外骨骼

正在利用與肌肉相仿的扭矩和力量，

這樣他自己的肌肉

就不需要用到那些扭矩和力量。

這是外骨骼首次在歷史上

協助人類步行。

這樣能夠大量地降低代謝值。

外骨骼的使用效果相當顯著，

一個正常健康的人

穿著這個設備四十分鐘，

然後脫下，

他們自己的生物腿

就會覺得無比沉重和彆扭。

現在我們正在開啟的時代，

是一個把機器安裝在我們身上、

使我們更強、更快、

更有效的時代。

繼續說電子層面，

我的仿生肢

如何與我的神經系統溝通？

我的殘肢上佈滿了電極，

這些電極是用來測量肌肉電脈衝。

這是用來與仿生肢溝通的，

當我想到移動我的義肢時，

機器人會追踪這些動作慾望。

圖表基本顯示

仿生肢是如何受到控制，

我們因此做缺失的
生物肢的模型，

而我們也發現在發生反射時，

骨髓的反射

又是如何控制肌肉，

這個功能

植入在仿生肢的芯片中。

然後我們要做的，

是調節反射的敏感度、

模擬的骨髓反應

以及神經信號，

這樣當我在殘肢中
作出肌肉反射時，

我不會怎樣感到扭矩和力量，

但是我越刺激我的肌肉，

我受到的扭矩就越多，

我甚至可以跑步。

這是首次展示

神經系統指控下的跑步步伐。

感覺相當不錯

（掌聲）

我們想要更進一步，

我們想要消除

人類和仿生外肢之間的距離。

我們正在做一些實驗，

通過使用信道射線
或微型信道射線，

培養神經，橫切神經。

在信道的另一邊

神經與細胞連接，

與皮膚細胞和肌肉細胞連接。

在肌肉信道上我們可以感覺到

人想要如何移動。

而這可以無線傳輸到仿生肢上，

然後仿生肢的傳感器

可以被轉化，

刺激相鄰的信道、感應信道。

當這個技術發展完善、

可供人類使用的時候，

像我這樣的人

就不僅可以擁有靈活的人造肢體，

而且可以真正
感覺到肉骨間的活動。

這個影片中，麗薩•馬利

剛剛安裝了兩個仿生肢。

的確，仿生肢給人們的生活

帶來了深遠的影響。

（影片）麗薩•馬利：我的老天爺

我的老天爺，真不可置信。

這真像是得了一雙真的腿。

現在先不要跑。

男人：現在轉身，

然後正常地走幾步。

走，站起來，

好像正常情況那樣走路。

試試走上那個小坡。

馬利：我的老天爺。

男人：這是不是在推著你走？

馬利：是啊！我甚至都沒有…我無法形容。

男人：這在推著你走。

修•赫：下週我要去中心的——

（掌聲）謝謝，謝謝。

謝謝。下週我會去

醫療服務中心，

我要說服他們，

讓他們授權合適的
代碼語言和價格，

讓這種技術

對有需要的病人開放。

謝謝。（掌聲）

可能有些人還不知道，

但是世界上有一半人口

都在忍受著某種程度的

認知、情感、感知或肌肉運動疾病

同時正因為技術的落後，

在多數情況下，這些疾病使人殘疾，

使人生更加受罪。

基本的生理機能

應該是我們人權的一部分。

每個人，都應該有權利

由自己選擇

沒有殘疾地生活——

選擇不在極度沮喪中
度過餘生的權利；

在遭受視障的時候，

有看見愛人的權利；

在肢體癱瘓

或截肢的時候，

有步行跳舞的權利。

我們是一個社會，
我們可以獲得這些人權，

只要我們能夠相信

人類不是殘疾的。

人，永遠不會殘疾。

我們已有的環境、科技

才是殘疾的。

我們人類無需接受自身的局限性，

我們可以通過科技創新，

超越殘疾。

的確，通過在本世紀

在仿生技術上的基本進步，

我們會設立技術的基礎，

改善人類的生活，

我們會結束殘疾。

我希望用一則故事結束我的演講，

一則美麗的故事，

雅芝•哈斯戴維的故事。

雅芝在波士頓恐怖襲擊中，

失去了她的雙腿。

我跟雅芝的見面，

是在斯伯丁療養醫院
拍這張照片的時候。

雅芝是一位舞者，標準舞舞者。

雅芝呼吸生活的都是舞蹈。

舞蹈是她的表達方式，她的藝術形式。

她在波士頓恐怖襲擊中

失去左腿之後，

很自然，她想重返舞台。

跟她見完面後，我開車回家，

在路上我想，我是一名 MIT 教授。

我擁有的是資源。
我想給他做一個仿生肢，

讓她可以回到她的舞蹈人生。

我引入了數名 MIT 科學家，

他們的知識領域
覆蓋修復學、機器人學、

機器學習、生物力學，

在兩百天的研究過程中，

我們研究舞蹈。

我們引入擁有無殘疾的舞蹈員，

研究他們的舞蹈動作、

以及他們在舞台上使用的力量，

然後我們拿著這些資料，

發展出舞蹈的基礎原理，

反射性的舞蹈能力，

我們將這種智能

植入仿生肢裡。

仿生學不止是用來

使人類變得更強更快。

我們的想法、我們的人道精神

也可以植入到電機機械當中。

只不過是區區 3.5 秒，

波士頓恐怖襲擊中

兩次炸彈爆炸不過時隔 3.5 秒。

在這 3.5 秒裡，罪犯和懦夫們

就把雅芝趕下了舞台。

但在兩百天內，我們又把她召回來了。

我們不會因為任何形式的暴力

而害怕、畏縮、

減弱、投降，或者止步。

（掌聲）

女士們先生們，請允許我向大家介紹

雅芝•哈斯戴維，

這是她在事故之後的首次表演。

她的舞伴是基思德安•拉德樂。

（掌聲）

（音樂：《我的鐘聲響起》，
歌手：恩里克•伊格萊西亞斯）

（掌聲）

女士們先生們

有請研究組成員

愛里特•羅斯和納特•維卡，

愛里特和納特。

（掌聲）