行走的自由

　　18年前的一次滑雪事故，让阿曼达.博科思特尔的生活只能在轮椅上继续。“我活在梦想中。”她说，“我梦想着有一天可以再去登山，在家乡的海滩边漫步。”每年与阿曼达有着同样想法的人，数以万计。

　　但是这却很难做到，因为行走并不是一件容易的事情。人的行走是“可控的跌倒”——将重心向前倾，在还没有摔倒之前迈出一条腿来保持平衡，然后重复这个过程。几岁的孩子就可以不经思考地走路，但是只有相当复杂和精密的机器人才能够像人一般行走。那些因为各种原因而失去了行走能力的人，则只能依赖几个轮子和斜坡来移动，不能爬山，不能走在柔软的草地和沙滩上；对他们来说，任何一级台阶，都像是喜马拉雅山般不可逾越。

　　但是现在，这种状况已经开始改变了。虽然我们还不能期盼几年内就能看到那种在电影《特种部队》中帮助战士们奔跑如飞的铠甲，但是下肢瘫痪的人们的确将会很快重新获得行走的能力。就在最近，加利福尼亚北部的伯克利仿生公司开发出了新型设备，它能够帮助人们从轮椅上站起来，并且以每小时三公里的速度步行——这种速度，已经和普通人的步行速度差不多了。不过，它看起来不像《特种部队》或者《钢铁侠》中的战衣那么酷，而只是一些背包、束带和金属杆。这是一种动力外骨骼系统，名叫eLEGS。

　　外骨骼这个词，是从生物学中借用来的，本意是指昆虫之类的小动物们体外那层坚硬的几丁质外壳。从很久以前，人们就开始尝试在身上附加额外的设备以获得额外的防御力，我们也在各种各样的科幻小说、漫画和电影里看到过外骨骼设备。而动力外骨骼则是指那些能够让人们更有力的体外装置，就像是提供了额外的肌肉和骨骼那样。

　　随着电子设备小型化和计算机技术的发展，如今的动力外骨骼系统已经发展到了较为成熟的程度。目前已经有了少量产品出现在市场上，例如用来帮助护士提供更好的护理服务，或者帮助搬运工们更省力地完成沉重的工作。

　　虽然听起来有点像机器人，不过动力外骨骼系统和机器人之间还是有很大的差别。动力外骨骼只是一个收集、处理、反馈的体系，和键盘鼠标这样的设备更加相似。它作为辅助机械而存在，而非完成复杂的整套工作。

　　通过角速度、压力以及各种各样的传感器，动力外骨骼系统能够以每秒钟数千次的频率收集肢体的微小移动，通过计算机判断出人们的动作意图，然后控制电动马达的输出以帮助人们贯彻这些意图。简单来看，使用动力外骨骼系统的方式和我们用键盘控制计算机的过程几乎可以画个等号，只不过前者要复杂得多、灵活得多，需要处理的数据量也大得多。

　　在伯克利仿生公司之前，人们就开发过帮助截肢者重新行走的设备，名叫“Chariot”。它像是一个带座舱的轮椅，或者是只能容纳一个人的两轮汽车，人们可以通过改变身体的重心来控制行走和转弯，达到和自行车差不多的速度。实际上，也许说它更像是Segway两轮车和动力外骨骼的结合体更恰当，而它的缺点也和Segway一样：对楼梯完全无计可施。而伯克利仿生公司的eLEGS则不同——它模仿的是人们自然的行走动作。

　　eLEGS，是“外骨骼下肢步态系统”的缩写。这是一种看起来像是腿部矫正器的金属架，就像《阿甘正传》里的少年阿甘用的那种。和矫正器不同的是，eLEGS能够完全接管瘫痪者自身的关节功能：它的髋部、膝部、脚踝和脚掌部位都有关节，而特殊的关节弯曲系统，让走路时髋关节的扭转、膝关节的弯曲，以及脚踝关节的角度改变等等，都可以完美重现。

　　这并不是突如其来的发明。设计这一系统的公司，并不是这个行业的新手。伯克利仿生公司创立于2005年，主要人员来自加州大学伯克利分校的机器人和人机工程实验室，他们是最早投入使用的动力外骨骼系统的设计者：2003年，这个实验室为军方提供了军用动力外骨骼的原型，这一原型后来发展成了著名的HULC，洛克希德.马丁公司正在测试生产的军用产品。HULC用于战场，能够让士兵们在负重90公斤的情况下，以每小时16公里的速度突击行进。

　　和HULC不同的是，eLEGS更关注于下肢瘫痪者的复健和助力。研究者们以自然步态数据为基础，收集了包括人们行走时的肢体角度、膝盖弯曲程度、脚趾的弯曲等等数据，再把它重现在eLEGS上。这种方式让eLEGS能够更好地符合人们的习惯，对身体姿态的监控系统能够让它判断人们的行走意图，并且帮助人们迈出下一步。与此同时，脚跟和脚掌处的传感器将确保双脚不会同时离开地面，以免失去平衡。

　　现在，eLEGS还在实验阶段，但是在性能上已经很出色。它只有45磅重，用电池供电，电量能用6个小时。“我迫不及待地想与人分享使用eLEGS的感受，”苏西.金说，她是UCI医学中心整形手术部门的助理临床教授，同时也是个轮椅使用者，“无论是在医院还是在家里，利用eLEGS来做复健都是种革命。”

　　这种革命性的产品大约在2011年下半年上市，而伯克利仿生公司将会尽力让其降到与高档轮椅相仿的价格。未来将有数百万行走困难的人使用eLEGS帮助行走，这将是一个难以预测的庞大市场。当然，在那之前，它还需要经历更多的检验，直到确信它足够安全为止。相信那一天并不会太远，阿曼达的梦想也会很快实现——现在，她正在参加eLEGS的测试工作，“每走一步，我都会感到更加自信，更加自由”。