中国半机械人奥运夺冠 赛博时代已经来临

中国半机械人奥运夺冠 赛博时代已经来临

　　你知道吗？临近年底，我们“奥运”又夺冠了。

　　不过，这个“奥运”，不是那个展示人类身体潜能极限的奥运，而是半机械人仿生奥运会，比赛地点在苏黎世。

　　半机械人、仿生。是的，朋友，今年是2024年，不是2077年。

　　这也不是某段科幻电影的剧情。

　　之所以有“半机械人仿生奥运会”的称呼，是因为这个比赛汇集了全球最前沿的仿生技术，涉及假肢、轮椅、外骨骼、脑机接口等多个领域，旨在推动这些人类顶尖“辅助技术”的应用创新。

　　这也是中国科研团队，在全球顶级科技助残赛事里面创造的最好成绩。

　　科技改变生活这句话我们可能都听腻了。但这一次，可以说是巨变了。

　　中国选手一出场，感觉《攻壳机动队》里的草薙素子已经走进了现实。

　　大家说这世界已经这样了吗？怎么才告诉我。

　　所谓赛博化的时代，真的来了。

　　01 世界已经这样了？

　　当地时间2024年10月26日下午，中国科学院苏州医工所的“90后”博士后胡旭晖，带领着运动员与自己的科研团队来到了苏黎世，走上了有着半机械人仿生奥运之称的，第三届全球辅助技术奥运会。

　　代表“中国队”出场的选手，是来自苏州的残疾人运动员徐敏。她身穿黑色polo衫，白色长裤，脚踩一双白色运动鞋，与每天你在路上擦身而过的市民大姐好像没什么区别。

　　但当目光落在她的右臂，是一部白色机械臂，金属光泽，科技美感。这种魔幻现实的观感，就像家里的爷爷当你面从拐棍里抽出一挺巴雷特。

　　比赛一开始，徐敏用她的机械手臂连续夹起4瓶矿泉水，将其放入箱子内。紧接着，她提起水箱迅速跑到指定地点，把4瓶矿泉水完好的取出放在桌子上。

　　整个过程中，她的机械手臂都没有触碰塑料瓶身，而是完全精准夹中了瓶盖部分。

　　接下来，徐敏要抓取的物体更小、更轻也更刁钻。按照要求，她要用机械手臂将一只茶杯拿起摆放在身后的柜子上。

　　这一轮，主要考核机械臂的自适应力控制和力触觉反馈。仿生手臂需要根据杯子的形状和材质去调整抓力，避免用力过大或过小。

　　徐敏操控机械臂，就像步惊云拿到绝世好剑，相当敏捷自如的完成了动作。

　　随后，徐敏又再次转身，用机械臂夹起了碗架上的盘子，同样轻松将其放入了柜子。这个环节十分考验仿生臂对盘子重量和形状的感知，以及对抓力的细微调整。而她抓盘子的稳定程度让人叹为观止。

　　一切顺利完成后，徐敏迎来了更难的挑战——穿衣服，拉拉链。

　　众所周知，人类的手，最精妙的，不只在于握力和拉力，而是一系列神经和骨骼、肌肉精密的操控和配合。

　　拉拉链、系扣子，5岁孩童就可以办到的基础自理动作，对于上肢残障人士而言，却是一个巨大的麻烦。而如果换成机械手臂来完成，更是一个极为复杂的大型系统任务。

　　这个环节，不仅检验机械臂识别拉链位置的视觉识别准确程度，以及调整抓力和动作的自适应力控制。同样是对仿生技术能否真正下放到民用市场，解决消费者基础生活需求的具体考验。

　　而随着运动员徐敏流畅地拉上拉链，观众们松了一口气，有人甚至流出泪来。这不止是拉上了一件衣服，更是弥合了一条巨大的技术鸿沟。胡旭晖团队的产品很好地解决了上肢残障人士的痛点。

　　到这里，比赛的进程已经过半。

　　接下来，等待徐敏和胡旭晖团队的，是两个更为严峻的考验。

　　一个是盲盒抓取。

　　这一环节的要求，是将机械手臂深入到一开口处铺满尼龙丝的狭小空间，在视线被遮蔽的情况下“摸”到物体并取出。

　　这是一个综合考核环节。仿生手臂需要在看不见的情况下，通过触觉和力反馈，才能抓取不同硬度的物体。这要调用视觉识别和肌肉电信号识别等精密技术。

　　正常人在盲盒中取物，尚需探索感知。尽管难度巨大，但徐敏采取了“牺牲速度”的策略，一点点地通过肌肉刺激操作仿生手臂，完成了物体感知以及力的分配，成功过关。

　　最后，是抓钥匙和小球。

　　这里，机械臂需要精准地识别并抓取到紧贴在桌面的钥匙以及容易滚动的小球，并将它们放入对面相应的区域。

　　这不仅考验机械臂对于精细物体的抓取能力，对肌肉电信号识别和自适应力的的要求也更加苛刻。难度相当于把前面的环节打包之后再上三番。

　　此时，前面已经经历过“大风大浪”的徐敏，已经不紧不慢，把目标拆分成“推”“夹”“运”“插”“放”几个动作，有节奏地推进着比赛进程。有如已经学完了乾坤大挪移的张无忌单刷光明顶副本。

　　最终，比赛在紧张有序中结束。胡旭晖团队与徐敏最终以90分的优异成绩，战胜法国队和意大利队，获得“半机械人仿生奥运会”上肢义肢组冠军。

　　这是中国科研团队首次在大赛中夺冠，同时也打破了往届义肢组均为纯机械式假肢摘得冠军的记录。

　　人的参与，神经信号控制与智能系统，让义肢来到了一个全新的纪元，其意义已远远不止一个冠军。

　　02 赛博武林见闻录

　　胡旭晖团队与徐敏征战的奥运会，正式名称叫全球辅助技术奥运会（CYBATHLON）。

　　这是一项首创于2016年，由瑞士联邦理工学院发起，旨在推动仿生技术的发展和应用，帮助残疾人更好融入社会的全球性比赛。选手使用半机械义肢或仿生设备完成各种挑战，展示该领域的前沿技术。

　　也就是说，这是一场全球“赛博义肢”领域的群雄逐鹿和武林大会。

　　而在如此激烈的竞争中，帮助中国代表团赢得胜利的，是我们的国产技术。

　　这些技术，来自东南大学机器人传感与控制技术研究所——宋爱国教授的团队。本次带队出征的90后博士后胡旭晖，则是宋教授的“高徒”。

　　和“徒弟”胡旭晖一样，于1968年出生的宋爱国教授，同样是年少成名。

　　2004年，年仅33的宋爱国，就成为东南大学仪器科学与工程学院院长。

　　作为科研工作者，他的设备，不光是用来比赛的。

　　在一些实际应用领域，我们也能看到宋教授的一些“小发明”。

　　比如，全球首台人工智能放射性粒子介入机器人。

　　这一发明主要用于医疗领域，特别是癌症治疗中。通过机器人的精确控制可以将放射性粒子直接植入病灶部位，从而大幅提高治疗精确性和效果。

　　再比如，众所周知，“神舟七号”飞船在执行任务时，出现过宇航员开舱门困难的情况。

　　这是因为，宇航员在失重环境下，会出现钙流失与肌肉功能退化等生物力学发生变化的情况。这导致宇航员肢体出力情况跟地面相差很大。

　　过去，只有美国和俄罗斯两国拥有相关的技术数据。

　　2008年起，宋爱国教授团队受中国航天员科研训练中心委托，研制高精度多维力传感器与航天员操作力测量系统。宋教授对空间站内航天员的13种操作力、36种操作方式，进行了精确的测量，并最终研制出了航天员在轨操作力的测量传感器和测量系统。

　　中国空间站

　　当然，宋教授的发明还有很多。

　　诸如，解决了高精度多维力感知问题的中国空间站舱外大型机械臂。

　　还有解决大量程、高精度力反馈，和大时延力控制难题，具有轻量化、多功能、自主导航一系列特点的月球车等等。

　　玉兔号月球车

　　总之，在这次“半机械人仿生奥运会”，宋爱国教授的团队将力觉临场遥感操作机器人技术“军民两用”，成功嫁接到了新型智能假肢的研发上面。

　　依靠精确的躯体控制系统，他们的假肢实现了手部与腕部多种自由度的同步快速控制。在力触觉感知、力触觉反馈、自适应力控制、肌电信号识别等关键技术方面都取得了重要突破。

　　2014年宋爱国教授访问英国邓迪大学

　　至于本次上阵的中国选手徐敏，她的夺冠之路，与科研过程有着相似的曲折。

　　1992年，17岁的徐敏在电扇厂里上班时，被重达60吨的大冲床压断了右小臂，从此落下了残疾。

　　之后，身患残疾的她，找工作屡屡受挫。

　　2003年，徐敏开始创业，做过房产中介、开过超市、开过饭店……

　　本来，她的残疾人身份，让她和“竞争”这个词看似无缘了。

　　直到2019年，徐敏从苏州市残联，了解到了一个“神奇”装置需要受试者的消息。由此契机，她认识了正在寻找假肢受试者的胡旭晖。

　　自此，代表中国在赛博武林大会上一举夺彩的故事开始了。

　　当然，在本届半机械人仿生奥运会，除了胡旭晖团队获得的“上肢义肢”冠军外，其他一些国家团队也拿出了非常科幻的作品。整个赛场就像是《赛博朋克2077》团建，复仇者联盟开Party，瓦坎达去联合国开会。

　　比如，蝉联可穿戴式机器人组冠军的，是来自韩国科学技术院的团队。他们研发的外骨骼，不仅能让腿部残疾者恢复行走功能，还可以躲避不断移动的障碍物。假以时日，这个装备或许成为马里奥最想拥有的神器。

　　获得视觉识别组冠军的，是来自匈牙利的EyeRider团队。与其他国家的团队卷外设装备不同，他们为视觉障碍人群开发了一款适用于 iPhone 的APP，解决他们日常生活中，导航、物体识别和颜色识别等等需求。

　　我觉得在不久的将来，脱口秀演员黑灯说不准会拿这类技术写点新段子。

　　风格比较统一的，是电动轮椅组。这个组别的整体特点，是轮椅+章鱼博士般的机械臂，针对的就是轮椅使用者手部活动受限，日常操作不便的痛点。

　　比赛中，德国弗劳恩霍夫研究所团队凭借在机械臂开门、屏幕触控、拿餐具等环节的优秀表现，摘得了金牌。

　　就是有现场观众表示担心赛场会不会突然就出现一个圈，然后里面蹦出来三个蜘蛛人。

　　当然，比赛也考虑到了那些全身瘫痪的患者。

　　这里，比拼的就是时下最火的“概念技术”——脑机接口了。

　　获得该组冠军的，是美国斯坦福大学的团队。

　　美国人“中学西用”，使用了与传统气功大师相似的概念——意念，也就是科学上所说的脑电波，完成了对电动轮椅、机械臂、计算机光标等设备的控制。

　　而看完全部的比赛，我们会真切地感受到，一个我们曾经幻想过的时代，正在以大大超过我们预想的速度，到来了。

　　03 赛博福祉与技术伦理

　　其实，“义肢”这个概念诞生得非常早。

　　早在古埃及时期，人们就发明了类似《加勒比海盗》里的巴博萨的义肢。

　　之后的漫长岁月里，义肢的主要升级，都是在材料上面。目的都是让佩戴者更加舒适。

　　直到20世纪60年代，“肌电假肢”的概念出现，利用肌电信号控制义肢动作成为可能。

　　如今，随着科技的进步，智能义肢技术迅速发展。微处理器、传感器技术革新，让义肢能够更为精确地模仿自然肢体的动作。

　　而人工智能和神经接口技术的进步，则让义肢变得不仅可以执行复杂的动作，还能提供触觉反馈，显著提高了佩戴者的生活质量。

　　当然，在人类前往“赛博时代”的道路上，依旧存在着许多技术难点。比如“仿生义肢”的高密度能源与能源管理、控制算法、感觉反馈，和基本的经济性等等。

　　不过，人类文明并没有“知难而退”，一大批明星科研团队与明星企业正在成长。

　　比如，麻省理工学院开发的帮助截肢者自主神经控制的仿生假肢，通过手术重建残肢内仿生的屈伸肌动力学，产生与完整肢体类似的本体感受，通过柔性电极捕获肌电信号，已经能让佩戴者自然行走，甚至上下坡、爬楼梯和越障碍时都表现得接近正常人。

　　麻省理工学院 仿生假肢恢复近乎自然的步态

　　上海交通大学研究团队设计的软件神经假肢手，已经可以出色地抓握柔软与易碎物品。

　　上海交通大学 软体神经假肢手

　　还有意大利理工学院开发的仿生手，不仅外观与人手非常相似，而且可使截肢患者恢复90%以上的功能。

　　意大利理工学院开发的仿生手—— Hannes

　　此外，还有推出了可活动关节机械手的英国Touch Bionics公司，以及推出了帮助下肢截肢或瘫痪患者恢复行走的，生物机电一体化动力仿生脚的法国Revival Bionics公司等等。

　　Touch Bionics 机械手

　　Revival Bionics 仿生脚

　　对于赛博义肢的未来，北京理工大学与日本(专题)冈山大学的研究人员都曾预测——其将可以代替人手。

　　更为“大胆”的科学家与企业家则相信，随着仿生义肢和人造器官的研发，未来人类的寿命将会显著地延长。

　　至于总爱“说三道四”的马斯克，也通过脑机接口公司——Neuralink，下注“赛博人类”赛道。他认为，随着这项技术对人类能力的增强，这将成为人类与人工智能保持竞争的关键。

　　Neuralink 官网介绍

　　让我们把视野，从未来拉回当下。

　　得益于多年来的技术积累，目前义肢领域已经不再是单纯的前沿科技探索。细心观察就可以发现，其下放到民用市场的案例越来越多。

　　这是一件好事。要知道，仅在中国，截至2020年，残疾人人数就达到了大约9500万人。

　　比如，前阵子爆火的跳伞美女Jessicadu2.0，她因为烧伤不幸左手截肢。之后，她佩戴了中国首例半掌智能仿生手，时不时在网络上展示着她的“赛博生活”。

　　当然，赛博义肢也将面临伦理的困境。

　　就像整容手术最初是服务于战争后遭到毁容的伤员，如今却变成了“美役”一样。

　　当机械比肉体强大时，人类终将会思考：我们有没有对于身体的自主选择权？我们是否可以放弃自己的肉身？

　　这不是单纯的未来议题，而是已经出现苗头的争议。

　　比如有着“刀锋战士”之称的，南非前残疾人田径运动员奥斯卡·皮斯托瑞斯。他凭借高科技“义肢”，甚至可以和健全运动员一起比赛。这引发了人们对于技术造成不公的讨论。最终，2007年，国际田径联合会修正了竞赛规则，禁止运动员使用任何工具来增强竞争力。

　　当然，我想，随着这样的严肃讨论越来越多，中国的9500万以及全球各地的残疾人士，生活都会越来越方便，人生的选择机会，将会越来越多。

　　而至于赛博福祉与技术伦理无休无止的争论与博弈，也许只有时间，才能给我们答案。