现代仿生学让我们重新奔跑，攀爬以及跳舞

被大自然本身的神奇设计所鼓舞，休·赫尔正在研制新一代的仿生臂和机器假臂。在30年前的一次登山事故中赫尔失去了双腿；现在，他是麻省理工学院医学实验室生物医学部的负责人，在这个与他个人密切相关又充满技术的演讲中他展示了他不可思意的科技成果 — 阿德里安娜 阿斯莱特-戴维斯在2013年的波士顿马拉松赛爆炸中失去了左腿，现在她登上了TED舞台进行了她的第一次舞蹈表演。

探究自然本质

借助科学的放大镜，

设计师来提取本质，

过程和材料

这三者构成设计方法学的基础，

由合成类似于

生物材料的人工制造

到利用计算方法仿真人体神经传导过程

自然本质正在驾驭设计。

设计本身也在驾驭自然。

在基因，再生医学

及合成生物学中，

设计者正在发展创新技术

这些是没有被自然界所预见或预期的。

而仿生学是研究

生物学和设计领域的相互作用。

就如你们现在所看到的，我的腿就是仿生的。

今天我要讲关于仿生整合的

真实的使用者的故事

这些电器机械是如何联接到身体上

以及它们是如何植入人体

同时正在缩小

残疾人和健全人之间的距离，

以及人类的局限性

和人类潜力之间的距离。

仿生学已经定义出了我的肉体。

1982年我的双腿截肢

那是由于在一次登山事故引发的

冻伤组织损伤而造成的。

那时，我没有察觉我的身体是

残缺的。

我的反应是作为一个真正的人类

是永远不可残缺的。

相反而是技术的残缺。

是技术的不发达。

这个简单但强有力的想法

是对行动的召唤，

去提升科技，

去消除我自身的残疾

以及其他人的身体残疾。

通过我自己设计的一些特殊肢臂

我得以重返

岩冰攀登那个竖着的世界。

我很快意识到，我身体的人造部分

是可塑造的，

可以是任何形状，附有任何功能，

如一张白纸一般可以被塑造成

一些可能超越

生物功能的结构。

我还能让我的身高可调节。

我可以变得只有5英尺矮或像我想要的那样高。

（笑）

所以当我感觉特别不好、

没有安全感的时候，我就加长我的身高，

而当我感觉自信娴雅的时候，

我就把我的身高降低到峡谷

以便给竞争对手一个机会。

（笑）（掌声）

狭长、 楔形的脚可以使我在

陡峭的岩石裂缝中攀爬

这些地方是一般人不能到达的

而这个尖状的脚可使我攀爬

垂直的冰壁

而不会有腿部肌肉疲劳。

通过技术的革新，

我重新回到了更强更棒的运动中。

技术消除了的我残疾

并赋予了我新的攀爬能力。

对于未来世界，我是这样描绘的

那里有非常先进的技术

可以使人们摆脱身体残疾，

那里有神经植入使

视障人士重见光明，

那里瘫痪者借助

体外骨骼行走。

遗憾的是，由于技术的缺陷，

残疾还是猖獗于世界。

这位先生缺少三个肢臂。

作为现代科技的例证

他已经摆脱了轮椅的束缚，

但是我们还需要进一步完善仿生学

以在某一天让这些伤残程度的人

能正在的康复。

在MIT媒体实验室，我们已经建立了

高端仿生学中心。

这个中心的任务

是将基础科学

和技术功能整合

它们可使生化机电和人体修复功能

在有缺陷的人体内发生

涵盖大脑到身体的各位部位

今天，我将给大家介绍我的腿的性能，

以及他们是如何工作的，

作为这个中心的一个案例。

现在，我很确定我昨晚修了腿毛，

因为我知道今天我要展示给大家看。

仿生学承担的是高端接口工程。

在我的仿生腿上这儿有三个极端接口：

机械的，我的腿是如何连接

到我的生物肉体上的；

动态的，它们如何像肉和骨骼的运动；

以及电子的，它们间是如取得

与我神经系统间的联系。

我将先从机械接口开始讲起。

在设计领域中，我们仍然不知道

如何将装置器件机械的连接到人体上。

特别是对于我来说在当今这个时代，

最为成熟和老成的技术

在人类历程中，鞋子，

仍能给我们磨出水泡。

怎么会这样？

我们没办法将器件连接到我们的身体上。

这个美丽并附有诗意的设计作品

是出自MIT实验室的内里奥克斯曼的作品，

展示的是人体外骨骼抗阻空间，

通过色差展现

在这个3D打印的模型中。

想像一个未来在哪里衣服

是笔挺或柔软可根据什么地方需用，

什么时候你需要来达到最佳支撑和灵活柔软性，

而不会引起任何的不适。

我的仿生腿连接到我的生物肉体上

是通过人造皮肤

加上刚度变化来完成的

这是反射到基础组织生物力学。

为了达到这个反应，

我们首先建立了一个数学模型

来针对于我的生物体的腿。

在那之后，我们应用了比如像核磁共振的成像工具

来观察我的身体

以判定出几何图形和

各种组织的位置。

我们也应用了机械人工具。

这是一个14制动循环装置

围绕着我的生物肢体。

驱动装置贴近来查找这个肢体表面，

测量它无加载时的形状，

然后向前推进到表面组织

来测量组织符合

于每一个解剖点。

我们结合这些图像和机器数据

来建立数据描述来

针对于我的生物肢休，左图所示。

你们看到一群的点点，或结点。

在每一个结点，有一个颜色代表组织合规。

我们然后做了一个数学转换

到人造皮肤设计

如右图所示，

我们所发现的最佳性是

当身体是拘谨僵硬时人造皮肤应是软柔的，

当身体软柔时，人造皮肤是紧硬的，

这种反应的出现

在所有的组织依从合规中。

用这个构架，

我们研制了仿生肢体

这也是我佩用过的最舒适的假肢了。

很清楚在未来，

我们的衣服，我们的鞋子，我们的支具，

人体修复假体，设计

以及生产时不再使用工匠式的方法，

而是应用以数据驱动的定量框架结构。

在那个未来，我的鞋子

不会再对我们磨出水泡。

我们也植入传感智能材料

到人造皮肤中。

这块材料

是由加利福尼亚斯坦福国际研究所所研发。

在电流的作用下可改变其硬度。

在电压为零时，这块材料是顺应柔软的。

它软遢的就像张纸。

然后按下按钮，加载电压，

它就变得笔挺的像块薄板。

我们将这种材料植入人造皮肤

这种人造皮肤连接起我的仿生腿和我的生身体。

当我在这儿走时，

没有电压加载。

我的交触面是顺应柔软的。

然后按下按钮，电压加载，

就变得硬挺，

同时给了较大的可操控性

到我的仿生腿上。

我们同时也在建造体外骨骼。

这种体外骨骼可变得硬挺或柔软

恰在运转周期的适应区域

对生物体关节起到保护

尤其是在高冲击强度和降缓的情况下的防护。

以后，，我们会佩戴这种体外骨骼

来参加如像跑步这种的活动。

接下来，是动态触面。

我的这个仿生腿是如何像真正的肌肉和骨骼的运动呢？

在我的MIT实验室，我们研究

正常人类生理的站、走以及跑。

肌肉如何运动，

以及脊髓是如何控制它们的？

这个基础科学刺激了我们的研发。

我们正在研发踝关节，膝盖以及髋关节。

我们正彻底研发人体的各个部位。

我所佩戴的仿生腿是生物仿生腿。

它们已被1000个患者所适用，

其中400个病人是美国的受伤军人。

它们是怎样运行的呢？在电脑的控制下，足跟抬起，

系统控制着硬度

以减弱这个仿生腿碰击地面。

到中间时，仿生腿输出

高扭力以提升人体

来向前走，

参照小腿肌肉运动。

这种仿生推进力是对于

临床患者非常重要。

因此，左图中你看到这个仿生装置

由这一位女士所佩戴--

右图中这位女士所佩戴的是被动装置

此装置是不能模拟正常的肌肉功能--

限制了她做一些动作

这种每个人应该有能力去完成的，

在家里上下楼梯的动作。

仿生学还可以成就特别的运动技艺表演。

这位师哥正一条岩石道路上奔跑。

这是史蒂夫·马丁，不是喜剧演员，

他在阿富汗的炸弹爆炸中失去了他的双腿。

我们也正在研制外部骨骼结构

应用的是同样的原理

它环绕于生物肢体周围。

这位先生没有

任何腿的问题，任何残疾。

他有一个正常的生理机能，

所以这个外部骨骼是在获取

肌肉样的扭矩和扭力

以使他自己的肌肉不需获取

这些扭矩和扭力。

这是有史以来的第一个外部骨骼

这实际上也增大了人类的脚步。

它明显是降低了代谢值。

这确实很深奥

当一个正常，健康的人

佩戴40分钟这种装置

之后再把它摘下，

对于他们自己的腿

感到出奇的重和笨拙。

我们处于这样的时期

当机械连接到我们自己的身体上

会使我们更强壮更快捷

以及更加的有效力。

现在说到电子触面，

我的这个仿生腿是如何与

我的神经系统相联系的呢？

我的假肢的剩余部分是电极的

它可测量到我肌肉的电脉冲。

这也是与生物肢体交流，

因此当我想要移动我的仿生腿时

这个机器装置便追踪这些移动的欲望。

这张图基本上展现出

这个仿生腿是如何被控制的，

因此我们模拟了缺失的生物学腿，

我们也发现了出现了什么样的反应，

脊椎的反应是如何的

控制肌肉，

而这种性能已经被植入

仿生腿的芯片中。

我们所做的，那么，就是我们调节

反应的敏感性，

模仿的脊髓反应，

同时是带有应用的神经信号，

因此当在仿生腿上放松我的肌肉时，

我得到了一点点扭力，

但是我越是收紧我的肌肉，

我获得的扭力就越多，

我甚至可以跑了。

这是作为第一个例证

就是在神经指令下的跑步步态。

感觉太棒了。

（鼓掌）

我们还想更进一步。

我们实际上想达到一个真正的闭环

是在人和外置仿生臂间的闭环。

我们正在做关于培养

神经，断掉的神经，

这是通过网引或微通道射线来完成。

在网管的另一端，

神经联接到细胞，

皮肤细胞和肌肉细胞。

在驱动管网我们可以检测到

人想怎样动。

这个可以由无线传送到仿生臂上，

然后在仿生臂上的传感器

就可以转换为刺激

到相邻近的管网神经，传感管网神经。

因此，当这完全被研发出来

为人们所用时，

像我一样的人们将不只拥有

如真正肌肉和骨骼运动的人造假肢，

还将实际感觉起来如同真正人的肉和骨头。

这个视频中的是丽莎.玛丽特

在刚佩戴两个仿生腿后不久，

实际上，仿生学正在创造

深刻的改变人们的生活。

（视频）丽莎.玛丽特：噢 天哪。

噢 天哪，太难以至信了。

这简直就像我获得了一条真正的腿一样。

现在，先别跑。

男士：现在转过身，

再同样往前走。

走，用脚跟到脚趾，

就像你正常的在一个平地上走。

试着步行上山。

LM：噢 天哪。

男士：它在抬高你吗？

LM：是呀！我甚至不---我甚至无法形容它。

男士：它在抬高你。

休·赫尔：下周，我将到中心去 —

（掌声）谢谢你们，谢谢你们。

谢谢你们。下周我将参观

医疗保险和医疗补助服务中心

我要尝试说服CMS

允许给予适当的代码语言和售价

以使这种技术能够被

有需要的患者所接受。

谢谢你们。（掌声）

不是很多但一半以上的

世界人口

承受着来自认知，

情感，感觉或运动的方面的痛苦

只因为贫差的技术，

这些情况很多时候会导致残疾

以及生活质量的低下。

生理功能的基本水平

应该是人权的一部分。

每一个人都应当有这个权力

去摆脱残疾来生活

如果他们选择--

没有种种沮丧的生活的权力下；

去看自己亲爱的人的权力

尤其是当眼见受损的情况下；

或是走路或跳舞的权力，

尤是在当脂臂无力

或截肢的情况下。

我们可以给到这些残疾的朋友

一个行动的能力

假如我们相信人并不会因为肢体的残缺而变得残废

人是不可能变得支离破碎的

真正支离破碎和残缺的，

是我们人类做的建筑，我们的技术。

我们人类不必受我们自己的限制，

相反，我们可以通过技术创新，

去超越身体的残缺。

实际上，我们可以预期到

本世纪在仿生学领域会有一些根本性的突破。

我们将应用技术性能

来服务于人们的经验中，

我们将结束残疾。

我想用另外一个故事来作为结束，

一个非常美丽的故事，

阿德里安娜.阿斯莱特-戴维斯的故事。

阿德里安娜.阿斯莱特-戴维斯失去了她的左腿

那是发生在波士顿的恐怖袭击中。

照片中的阿德里安娜是我

在斯波尔丁康复医院时见到的。

阿德里安娜是个舞者，一位职业社交舞者。

阿德里安娜她与舞蹈同呼气共命运。

这是她的艺术，她个人的表达方式。

虽然她在那次波士顿的恐怖袭击中，

失去她的左腿，

但是她还是希望能够尽早重返舞台。

在见完她我开车回家后，

我就想，我是一个麻省理工学院的教授。

我有资源。那就让我们为她研制一条仿生腿

以让她能够重返她的舞蹈生涯。

我将各个领域的专家引入到MIT中

有在假肢方面，电子机器，机械研究

以及在生物医学领域的专家，

通过超过为期200天的研究，

我们学会了怎样跳舞。

我们为舞者加装了仿生臂，

我们研究了他们的动作，

这也正是他们在舞台起舞所要应用的运动，

我们取用这些运动动作数据

进一步将它们融入到舞蹈运动基本原理中，

以反馈出跳舞的能力，

然后我们将这种智能植入到

仿生臂中。

仿生学不仅是让人们

更坚强更敏捷。

我们的身体语言和动作

也应该能够被植入应用到电子机械学中。

那只是个3.5秒钟

在波士顿恐怖袭击的

那次爆炸中。

那只是个3.5秒钟，那懦弱的罪犯

将阿德里安娜拽下了舞台。

但在200天后，我们又把她拉了上来。

我们不会被吓倒，不会被拽下来，

不会被消弱，征服或是阻止

尤其是被这种的暴力行为。

（掌声）

女士们先生们，请允许我请上

阿德里安娜.阿斯莱特-戴维斯，

上演在那次袭击后的第一次表演。

她将与克理斯丁莱特纳两共同起舞。

（掌声）

（音乐：恩里克·伊格莱西亚斯的敲响我的铃铛）

（撑声）

女士们先生们，

有请我们的研究组成员们，

埃利奥特.劳斯和内森.维莱格瑞-卡斯奇。

埃利奥特和内森。

（撑声）