Hugh Herr专访：这位曾经的登山天才因意外截肢，后来打造了世界上第一个踝足假肢机器人系统

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对于任何人来说，截肢都是一件非常不幸的事。很多人因此颓丧，苟延残喘地度过此生。而有一个人，却因此打造了世界上第一个踝足假肢机器人系统，他就是 MIT Biomechatronics团队负责人、 iWalk创始人Hugh Herr。近日， Robohub访采了Hugh Her，在采访中，Hugh Her讲述了其发生事故截去膝盖以下双腿的经历，也描述了其团队打造假肢与外骨骼的过程，同时他还展望了仿生科技的未来。

他的团队项目旨在加快仿生科技的发展，其发现了仿生动作原理，开发了性能与肌肉类似的制动器技术，打造了包括假肢和外骨骼在内的多个产品。其团队研究成果非常丰硕，从生物力学科学到生物动作，再到生物医学设备设计一网打尽，目标是为造福不幸致残的人类。

迄今为止，Hugh Herr已经为世界做出了极大贡献。现在，其开发的Transfemoral Quasipassive Knee Prosthesis（股部准被动式膝盖假肢）已经成功被Össur Inc公司投入商用。2006年，他创建了 iWalk公司，让 Powered Ankle-Foot Prosthesis（驱动脚踝-脚假肢）和其他的仿生腿设备投入商用。Herr教授影响了许多学术社团，他受邀参加许多国际会议和学术讲座，包括第四届国际生物力学大会、国际先进假肢大会、世界经济论坛以及TED演讲等等。同时，他还是《神经工程与康复日报》、《国际机器人研究杂志》、IEEE Transactions生物医学工程部的联合编辑。2007年，Hugh Herr被获得第13届 Heinz奖。

Robohub记者Audrow Nash采访了Hugh Herr，以下是采访内容：

Audrow Nash:  你可以讲述一下你是为何截肢的吗？

Hugh Herr:

我从小是一个登山迷，从七岁就开始登山，大家都叫我攀岩天才，我的目标是成为世界上最棒的登山运动员。不过，1982年发生在新罕布什尔州华盛顿山的那场暴风雪，彻底改变了我的人生轨迹。在那场暴风雪中，我和同伴迷了路，被迫在山中度过了3个温度接近-30℃的黑夜。在被解救后，我的双腿因为严重冻伤，而不得不截去了膝盖以下的肢体。   

Audrow Nash:  截肢之后你有继续你的攀岩生涯吗？

Hugh Herr:

在失去了我的双腿之后，我一度感到绝望不知所措。后来我去康复中心装上了假肢，虽然有了它们，我的外表看起来就像正常人一样，但是我不能攀岩。再后来，我发现：我所需要的假肢并不需要看起来像真腿一样，而是需要有着真正的功能，让我能够重返攀岩生涯。

因此我开始了深入的思考与研究：我的假肢必须有坚硬的脚趾，必须非常轻，它可以站在硬币大小的岩石表面，可以站在岩石的裂纹之中。几个月之后，我打造了能够实现上述功能的假肢。并且在截肢的一年之后，重新回到了其钟爱的登山运动中。

Audrow Nash:  那么你又是如何转到学术领域，成为MIT的教授呢？

Hugh Herr:

事实上，我家族中的男性都投身在建筑业之中，但我却不喜欢建筑业。而我曾经的梦想是成为世界上最棒的登山运动员，但是截肢之后，我开始上大学了，这是我曾经没有打算过的事。首先，我从最基本的数学和计算机科学课程修起，我发现自己对这些课程有着无比强烈的热情，我非常喜欢科学，这种热情渐渐取代了我对于登山的热情。后来，我在MIT拿到了机械工程硕士和生物医学博士学位，并在做生物医学器械博士后的时候，开始研究仿真人腿的假肢机器人系统。   

Audrow Nash： 你现在穿戴的这套假肢就是你的研究成果，可以简单地介绍一下它吗？

Hugh Herr:

我现在所穿戴的是两只仿生腿，每一只上都有3个微处理器和12个传感器。微处理器就像大脑一样，它们能够控制肌肉一样的制动器，让制动器能够移动、加硬、驱动我的“人造脚踝”。而传感器能够测试位置、速度、加速、压力和温度，同时也能结合位置和速度。

Audrow Nash:  和其他的假肢相比，这款假肢有何特别之处呢？

Hugh Herr:

世界上所有其他的脚部或脚踝部假肢都是人类驱动，这就意味着它们是靠着佩戴它们的人们来传递力量，因此穿戴者走起路来很费劲。而我现在穿戴的假肢是仿生的，在人们走路之时，它可以向人们的步伐传递能量，这就像是他们被截掉的那部分肌肉向步伐传递能量一样。

Audrow Nash:  它们是如何和你的身体相契合的呢？

Hugh Herr:

在MIT，我们有一只独立的团队专门研究如何让假肢契合人们的身体。想要腿部假肢契合身体，最重要的是要打造舒服的人造膝盖。我们研究了很多理论，做了很多实验，努力让假肢能够在最大程度上给予穿戴者舒服的感觉。最后，我们做出了一个杯状的设备作为膝盖，它能够支撑我的体重，这种形状可以在最大程度上给我舒服。在测量了此设备的各种参数之后，我们3D打印了它。

Audrow Nash:  那么可以讲述一下这其中所蕴含的技术吗？

Hugh Herr:

我们利用包含嵌入式处理器、传感器、无线网络、模拟器件以及控制软件在内的嵌入式系统，把机械工程与生物力学、神经网络控制学相融合。在嵌入式系统中，处理器就像人的大脑，传感器像人的眼睛和耳朵，模拟器件就相当于人体的肌肉，软件算法则让所有器官发挥功效。与PC不同，嵌入式系统一般体积微小、功耗很低、软硬件一体化，可以嵌入到几乎现实世界的所有物体中，实现人们让它完成的智能功能。   

Audrow Nash:  那这种嵌入式系统是如何和假肢结合的呢？

Hugh Herr:

在我设计的人工膝盖中，传感器和处理器可以持续感知关节的位置和适于肢体的负载，以便去协调腿部运动。

我设计的世界上第一个踝足假肢机器人系统，利用多个传感器、微控制器和模拟器件来模仿人体肌肉骨骼结构和运动，第一次给小腿截肢者提供了一个自然的步态。同时，更重要的是，传感器可以植入到使用者的肌肉之中，这样它们真的能够成为使用者身体的一部分。

Audrow Nash： 穿上这个，你的感觉如何？

Hugh Herr:

每个月，我都对它们进行升级，希望如此训练到80岁时，这对假肢能够变成自己的“血肉之躯”。很快，会有其他传感器植入到我的肌肉组织中，它们可以感受肌肉的运动，再与假肢系统互动。再过50年，假肢也可以把它感受到的信息映射给嵌入到我肌肉的传感器，这样，我就可以感觉到假肢的感受，感觉假肢”肌肉“的收缩和拉伸，判断我现在走路的状况是否适合假肢，从而帮助我更好地行走。因此，对我来说，我的假肢就是为我打造的，是定制化的。

Audrow Nash:  你们现在已经做出了杰出的成就，那么你们的目标是什么呢？

Hugh Herr:

我们的目标是打造便宜和可复制的假肢，让每个截肢的人都能用得上假肢，为他们的生活带来美好。同时，我们对未来的畅想是这样的：每个人都有自己身体的电子数据，这样当他们某天需要与身体相关的某个设备时，他们能够获得定制化的仿生设备。就像量体裁衣一样，每个人都能获得属于自己的独一无二的设备。

Audrow Nash:  这样一来，所有设备都是定制的，那么这样会非常依赖3D打印技术吗？

Hugh Herr:

3D打印是一种工具，并不是主宰一切的科学。不过，它在很大程度上帮助我们打造定制化的设备。

Audrow Nash:  除了假肢，你的团队也在研究外骨骼，可以简单的介绍一下你们研究的外骨骼吗？

Hugh Herr:

在我的理解之中，外骨骼就是穿在身上的机器人，它能够给人能量，让人更加强大。

19世纪，俄国发明家Jagen就发表了对于外骨骼的设想，他的梦想就是让俄罗士兵穿上外骨骼，变得更加强大。而直到2014年，科学家才成功打造出了能够提高人们行走和跑步功能的外骨骼。而这款外骨骼就是出自我们团队之手。我们打造的外骨骼是在膝盖以下，从小腿中部到脚部。简单来说，它就是一种人造小腿肌肉。小腿肌肉对于行走来说最为关键，它为行走提供80%的力量。而这款外骨骼能够加强小腿的力量，让人变得强大。

Audrow Nash:  我知道对于外骨骼来说传感器非常重要，那么你使用的传感器是怎样的呢？

Hugh Herr:

我们对传感器的设计要求非常严格。在人们行走在非常之深的水中时，传感器也不能受到损害。我们测试了不同的放置部位、速度和加速器，并得出了很多数据。从数据中，我么能够得出扭矩、压力等等，在此之后，我们才得出一个模型。

Audrow Nash:  使用你的外骨骼产品是怎样的一种体验？

Hugh Herr:

人类身体非常有趣，因此当人们开始使用它时，人们很快就能感受到它所提供的能量，并能很快习惯这种能量。当你脱下它时，你会觉得身体非常重，你的行动缓慢而吃力。这就告诉我们，穿戴外骨骼在将来也许会变成一种常态，人们也许会厌倦自己的身体，想用外骨骼让自己的身体变得更为强大。

Audrow Nash:  你觉得打造外骨骼的瓶颈在哪里？

Hugh Herr:

我觉得我们在设计和建造方面会遇到瓶颈。人机交互领域还存在着很多人类未知的部分，因此将一个仿生结构穿在身上，并实时受到控制它的控制是一件比较困难的事，因此这会对设计造成很大的挑战。

Audrow Nash:  你们的短期目标是什么？

Hugh Herr:

我们有三个短期目标。第一，我想要打造更好的肌肉制动器，争取让这种制动器比人类的自然肌肉更好。第二，我想要彻底理解末梢神经系统和设备之间的交互界面，这样我们才能知道如何和神经末梢交流。第三，我想要探索出更好的方法，让机器与身体契合。这三个创新将会重新定义本世纪的仿生学。如果我们实现了这三个目标，我们的长期目标就基本实现了。

2015年，Hugh Herr登上了TED的讲台，讲述了他一路奋斗的过程。其中一句话给人留下了深刻的印象：

一个真正的人类是永远不可残缺的，相反，是技术的残缺，技术的不发达，让人不得不过着残缺的生活。

演讲的最后， Hugh Herr邀请了一位芭蕾舞演员，她在波士顿恐怖爆炸案中不幸失去了一条腿。

Herr 教授告诉她说：“我们能让你继续跳舞。” 200天以后，女孩重新回到舞台。她健全的腿跳舞时的肌肉和血液信号，同步传感给义肢，义肢与她融为一体。

让残缺的人完整，让不幸的人幸福，这就是Hugh Herr的梦想，他坚信自己的梦想可以实现，并一直在努力着。

Via: Robohub

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