霍金的轮椅：一体化的人工智能装备 可谓当今科技的顶峰

　　从4月12日开通新浪微博到现在，史蒂芬·霍金一共只发了两条信息，然而这两条微博就为他“赚取”了300多万中国粉丝。他的第一条向中国网友问好的微博就获得近百万点赞，此外还有评论和转发各40多万条。相隔一天之后，他在第二条微博中发出的消息再次引起轰动——研发一台“纳米飞行器”，将让人类飞达半人马星座的α星。

　　霍金在微博中称，加入这一计划的，还有俄罗斯“土豪”尤里·米尔纳和脸书（Facebook）创始人“小扎”。

　　不只物理巨匠组的这个“局”堪称梦幻组合，并且他的“突破摄星”计划也让人充满遐想：用激光推进的微型星际飞船，以1/5光速的速率，花20年左右的时间就能到达半人马座α星并发回照片。

　　实际上，以现在人类在工程材料、推进器等方面的技巧水平，无论是用激光还是太阳光，要想把一个即使只有1~10克重的物体加速到光速的1/5，大概也须要比一颗原子弹爆炸的总能量还要大的能量。

　　这种极大的能量集中到“纳米飞行器”上起首会摧毁它。以是，用现在科技开展的眼光来看，霍金探索半人马座α星的计划或许还只是科幻。

　　事实上，能够体现当今科学开展水平的，却是将这位科学蠢才的身体禁锢了50多年的那台轮椅。

轮椅：霍金抽象的一部分

　　在霍金的第一条微博发出之后，就有中国网友发问：全身不能动的霍金发一条微博须要多久？回答这个问题，要从这位当今人类“最强大脑”的标志性的抽象说起。

　　霍金17岁就入读牛津大学攻读自然科学，他用了很短时间就得到了一等荣誉学位，随后转读剑桥大学研究宇宙学。

　　1963年，21岁的他不幸被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症（又称卢伽雷氏症）。这是一种无奈治愈的致命疾病，病人会慢慢丧失运动才能，后期乃至由于呼吸肌和喉部肌肉麻痹而不能发音，并因此失语。

　　事先医生判断霍金只能活两三年，然而他后来却坚强地一直活下来，但疾病使霍金的身体严重变形，头只能朝右边倾斜，肩膀左低右高，双手紧紧并在当中，握着手掌大小的拟声器键盘，两脚则朝内扭曲，嘴简直歪成S形。

　　数十年来，这样奇特的抽象和那台轮椅，在全世界面前定格成为一个蠢才科学家的符号。

　　患病之后，霍金全身只有三根手指和两只眼睛能够运动，并且只能用极其微弱、难以识别的言语交谈。在1985年因患肺炎而做气管切开手术后，霍金更是被彻底剥夺了谈话的才能。

　　事先，美国加利福尼亚州一位名叫瓦特·沃尔托兹的电脑工程师为霍金计划了一个名为“平等器”的电脑程序，其中的文本文件是Word 。这个程序能够让霍金从屏幕上选择词汇，只要他按动手中的开关选择词汇后，就会转入语音合成器，发出声响来。

　　后来，剑桥调节通讯公司的大卫·梅森改进了这套装备，并装配在霍金的轮椅上，使霍金“谈话”的速率大大加快，每分钟可“说”出15个词，假如须要，还能够把笔墨直接打印出来。

　　这台世界上简直独一无二的轮椅不只是霍金的代步工具，也构成霍金个人抽象的一部分。

　　它是一台集计算机软件、通信技巧、红外光、语音转换器于一体的人工智能装备，经由它，霍金的思想能够转化为语音和笔墨，并表达给全世界——包括他的数百万新浪微博粉丝。

　　霍金轮椅的语音合成器安置在椅背上，能够把他写出的笔墨转译成独特的“霍金式”电子语音。轮椅上装配有一个12英寸的电子屏幕，即使在阳光下也能让他看得清楚屏幕上的内容和图像。经由这个小小的“窗口”，霍金能够写演讲稿、收发电子邮件，乃至能够用即时通信软件Skype来接听电话。

　　霍金轮椅上的平板电脑拥有Core i7处理器，它能够控制轮椅上全部的电子体系。轮椅上的万用遥控器是一个红外线装置，能够用来操纵霍金办公室和家里的电视、音响、灯光，乃至能够用来开门、关门。

　　轮椅上装有一个叫做“外围盒”的装备，内有USB集线器、音响放大器和整流器，供各种子体系应用。这部轮椅的电源装配在椅座下方，供轮椅移动和整个电脑体系应用。此外，这套体系还装有一套备用电池。

　　其实，霍金轮椅就是一部智能机器，并且它是随着科技的开展而逐渐进级的，以上所描述的只是这台智能轮椅的基本构造。

　　霍金轮椅进级，发一条微博须要多久

　　2005年之后，霍金彻底丧失了运动才能——连手指都不能运动了，这让他以前操纵轮椅上的电脑的方法完全失效。为此，的创始人戈登？摩尔（Gordon Moore）为他计划了2.0版的轮椅，使得霍金能继续与外界交换，并且照样经由“交谈”来实现。

　　新版霍金轮椅主要经由眼动追踪、联想输入和语音合成器播放，来支持这位科学巨人与世界对话。

　　研究人员为霍金计划了一个特殊的眼镜，上面装配了红外线发射器和检测肌肉运动的探测器，能够经由霍金谈话时面部肌肉的压缩和舒张来激活帮助体系，并用眼球控制红外线发射器，选定在屏幕中轮流呈现的英笔墨母。

　　例如，当霍金想说“点子”（idea）这个词时，他的脸颊肌肉压缩起首激活帮助体系，电脑屏幕上会呈现字母i，这时霍金的眼球动一下，计算机就会不断显示以i开头的英笔墨母，直到idea呈现；霍金再动一下眼球来表示选定这个字母，这就如同普通人用手操纵鼠标时的两次点击确定一样。

　　当霍金实现造句后，就能够把这个句子发送到语音合成器上，由后者替他“说”出来了。

　　有趣的是，由英特尔公司计划的语音体系用的是美式英语，这让一些人尤其是英国女王伊丽莎白，对这位英国国宝级科学家的“口音”颇有微词。

　　她在一次会见霍金时问：“还是美国口音吗？”霍金回答说：“是的，并且这个声响已经拿到了版权。”

　　伊丽莎白女王对英语语音十分看重，以至于英国以她的发音作为英式英语的标准音。尽管如此，霍金轮椅的智能发音体系没能取悦于女王，但是这套2.0版的轮椅毕竟让霍金与世界的交换延续至今。

　　在进级后的轮椅中，霍金为了应用红外线监测装置，总是要把脸部肌肉绷紧，以便写文章、收发邮件和浏览互联网。到了2011年，他的病情进一步恶化，用这种方法每分钟仅能输入一两个单词，因此不得不再次求助于老朋友摩尔。

　　在摩尔的指派下，因特尔首席技巧官贾斯汀·拉特纳（Justin Rattner）组建了一个人机交换技巧团队，团队成员专门去拜访霍金，试图为他找到解决办法。在见面的事先，霍金花了20分钟，才发出一句包含30个单词的欢迎拜访者的话。

　　其后，技巧团队对霍金的装备进行了改造进级，研发了一个可供全部残障人士应用的交互体系工具包（帮助情境感知工具包，简称ACAT）。装配进级了这个开源项目后，霍金轮椅可谓进级到2.1版。虽然还是利用面部肌肉举措来操纵电脑，但ACAT允许应用者经由简直任何面部举措来进行交互操纵。

　　进级后的软件由于集成了Swift Key人工智能猜测技巧，霍金仅须要输入15%~20%的字母，电脑软件就能猜测出剩下的内容，还能够在每输入一个单词后猜测出下一个可能的单词。利用进级后的软件，霍金对文件进行浏览、编辑、管理和在多任务间进行切换、收发电子邮件等日常任务的速率进步了10倍。

　　在没有应用ACAT之前，霍金的输入速率是每分钟1.5个单词（每20分钟30个单词），在应用ACAT后，他的输入速率至少进步了一倍，也就是每分钟输入3~4个单词。

　　有人计算，霍金在向中国公众发一条有99个词的微博时，即使没有错误，大约也须要30多分钟。再加上思考以及排版、审阅等，估计霍金用了大约40分钟时间，才实现了他向中国粉丝的第一次问候。

　　“脑控”，3.0版轮椅不只属于霍金

　　2.1版的霍金轮椅或许在某一天就会由于主人病情的不幸加重而无奈应用，因此，人机交换专家已经开端计划3.0版智能轮椅——也许这并非只是为霍金一个人而计划的，全部重度残障人都可能受益于此。并且，由于霍金已经习惯了本人现有的轮椅，而要想习惯3.0版轮椅，这位物理巨匠可能还须要开端新的学习。

　　最新版智能轮椅是基于喉部肌肉发音时的压缩和舒张来计划的。当人们谈话时，大脑言语中枢会发出信号到喉咙，使喉咙的肌肉群协同压缩和舒张而发出声响。即使一个人谈话不说出声，或者说出来的话只是本人能够听到，其喉部的肌肉群也仍然有运动。

　　换句话说，想要说出的话即使仅仅在大脑中，大脑也会产生指令，让喉咙肌肉群运动。假如计划一个软件，能够经由“读懂”喉咙肌肉群的运动来判断要说出的词句，然后传输到语音合成器上，就能形成人的话语。与靠电脑软件检测脸部肌肉相比，这样的“发音”方法要直接很多。

　　根据这一原理，美国航空航天局艾姆斯研究中心研发了一项技巧，不只能够让残障人自主控制电动轮椅，并且能够将思想（想说的话）传送到语音合成器，让后者“谈话”。

　　起首，经由一个贴在喉部皮肤上的电极，应用者头脑中只要有“向右”或“停下”的想法（指令），轮椅便会自动探测到喉部微弱的电子脉冲并“翻译”出来，这样的指令正确传达给轮椅后，轮椅就会实现右转或停下的举措。同样，应用者想说什么话，也能够经由软件探测到，并向语音合成器传输指令，让后者替应用者“发声”。

　　霍金已经尝试过这种人（脑）-机界面，但他感到并不适应。原因有两个：其一，从应用脸颊肌肉到经由喉部肌肉压缩来操控，有一个须要重新学习的过程，霍金还没有适应这种新的技能。其二，按照现在的技巧，电极摆放的位置假如稍有偏移，辨识的准确率就会从94%下降到50%以下。有时候，电极解读并发送到语音合成器“说”出来的话，并非霍金的本意。以是霍金的轮椅现在并没有正式应用这一体系。

　　更高级的智能技巧是“脑机接口”，即用思想来控制不能运动的四肢。美国大学生伯克？哈特5年前因潜水意外导致颈椎脊髓受损，四肢永久瘫痪。从2014年起，俄亥俄州神经中心的研究人员就开端计划一个植入伯克哈特大脑的芯片来让其思想控制运动。

　　这个植入脑部的芯片名为“神经生命”，它经由连接器与电脑相连。电脑应用特殊软件来解读大脑传来的信号后，发送指令给镶有130个电极的电子手袖套，以刺激手部肌肉，让伯克？哈特得以绕过脊髓，控制手部运动。经由一年多的练习，现在伯克·哈特已经能够用思维控制右手，实现拿起杯子、刷信用卡等举措。

　　同样，假如把芯片植入大脑言语中枢，就能够在大脑想说什么话的时候经由人机指令让轮椅上的语音合成器说出来。只是，这须要向霍金的大脑言语中枢植入芯片。假如想用思想控制轮椅的运动，也得向大脑运动中枢植入芯片。当然，这种设想中的3.0版本轮椅现在还帮不到霍金，这起首是由于，霍金还不愿意在本人蠢才的大脑中植入芯片。

　　现在，霍金轮椅的价格可能是普通残障者所可望而不可即的。由于霍金的轮椅都是科技公司友情赞助的，并不须要他本人“埋单”，因此，还没有人能够给霍金轮椅定一个“官方价格”。

　　据粗略估算，买一台现在版本的霍金轮椅大概得花95万~100万美元。假如将来真的进级到3.0版，恐怕价钱更会高出许多。

　　多年以来，斯蒂芬？霍金每天都驱动轮椅从他的家——剑桥西路5号，经由美丽的剑河、古老的国王学院，驶到位于银街的剑桥大学应用数学和理论物理系办公室。假如你有机会造访剑桥大学并路过这里，你会看到这座拥有巨匠的科学圣殿前面有一段斜坡，那就是为了便于霍金轮椅的运行而特意修建的。

转载自:https://tech.sina.com.cn/d/2016-05-08/doc-ifxryhhi8503336.shtml

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