霍金輪椅上的黑科技

● 趙天 編

幾乎每個人都認識英國物理學家霍金，但幾乎每個你認識的人，都不敢說他聽到過霍金開口說話，或親眼看到霍金持筆寫字。我們都不知道霍金的真實聲音和筆跡是什么樣。

眾所周知，造成以上困惑的原因，是霍金先生的一生都伴隨著全身癱瘓的不治之癥，不但手腳動彈不得，開口說話都無法實現(xiàn)，但這并不妨礙他的著作和觀點被及時發(fā)布出來，引導著世人走向新的科學領域。這不得不歸功于科學家們?yōu)樗蛟斓囊幌盗小昂诳萍肌痹O備，以最超前的方式在每一個時期幫助他發(fā)聲！

而這一系列“黑科技”，都被用來升級霍金所乘坐的輪椅。

輪椅和“首席發(fā)言人”

年僅21歲時，霍金就被診斷出肌肉萎縮性側索硬化癥。這是一種醫(yī)學界至今都不知道病因的運動神經(jīng)損害疾病，患者的肌肉會漸漸失去力量、萎縮，最終蔓延至和呼吸、吞咽相關的肌群，讓人生活不能自理，最終很大概率會死于呼吸衰竭，即從局部身體不能動發(fā)展到全身都動不了，所以這種病又簡稱“漸凍癥”。

一開始，霍金只是腿不利索，還能依靠拐杖出行。但幾年后，他就再也無法站立，不得不開始與自己非常厭惡的輪椅“相愛相殺”。

那個時候，霍金除了行動不方便外，和常人無異，依舊能和他人談笑風生，甚至還能親自動手寫下一些公式。在移居美國后，霍金坐上了電動輪椅，他甚至找回了在劍橋賽艇隊的青春年華，發(fā)展出“飚輪椅”的特殊愛好，經(jīng)常在人行橫道上以極高的速度駕駛電動輪椅。

但隨著病情的惡化，霍金很快就沒辦法繼續(xù)“皮”了，因為他已不能再寫字，說話也開始變得含含糊糊，從大家伙勉強能聽懂，發(fā)展到只有他最親近的家人、朋友能領會他的意思。所以在那段歲月里，霍金出門除了電動輪椅相伴，還得帶上一位“首席發(fā)言人”才行。

那時的霍金雖然說話困難，但最少還能一句一句地緩慢表達，相比后面的時光，他還是幸福的。

一開始，霍金只是腿不利索，還能依靠拐杖出行。

1985年，霍金在歐洲訪問期間患上了嚴重肺炎，為了保住他的性命，醫(yī)生為他實施了氣管切開手術，導致他永久失去了發(fā)聲的能力。所以在今后的時光里，就算他的“首席發(fā)言人”，也無法領會他的意思了。

作為一個不折不扣的“活著的傳奇”，霍金自成名時就幾乎全身癱瘓，每天只能坐在輪椅上。

霍金在各地進行演講

霍金還在業(yè)余時間參演了多部影視劇作品

會說話的輪椅

為了讓霍金能重新“說話”，學術界可謂是絞盡腦汁。物理學家馬丁·金找到了加利福尼亞Words+公司的CEO，請求他幫助霍金教授。這位 CEO 曾經(jīng)開發(fā)過一套名為 Equalizer 的軟件幫助同樣患有“漸凍癥”的岳母，當他得知要幫助的是霍金教授時，立即表示將全力以赴。

他們在霍金的電動輪椅上加裝了一臺Apple II電腦和一個顯示器，顯示器上羅列著字母表，霍金只需在光標經(jīng)過他想要的字母時給電腦一個確認指令，就能輸入這個字母，進一步組合成單詞和句子。

當然，這是建立在彼時霍金的雙手還有一定運動能力的基礎上。由于整套軟件只需要一兩個按鍵就可以操作，所以那時的霍金不僅能自己控制輪椅，對輔助軟件的使用也完全不成問題。這套軟件解決了霍金的輸入問題，當熟練這套設備后，他還可以著手寫作。但是在生活中單單只有文字是遠遠不夠的，所以霍金的家人、朋友們又向一家開發(fā)語音合成器的公司尋求幫助。

這家公司主要生產(chǎn)電話自動應答系統(tǒng)，接到來自霍金的求助后倍感榮幸，于是他們用當時最好的文字轉換語音處理器改造了一臺CallText 5010設備，并于1988年贈送給了霍金。這樣，霍金在輸入文字的同時，也能大聲地“說”出來，仿佛重獲新生。

后來，MIT的工程師們在這套設備的基礎上，又為霍金制作了三種聲音，分別是他的妻子、女兒和他本人的聲音。但由于這一系列工作均由美國人完成，所以霍金通過輪椅發(fā)出的聲音一直都帶有明顯的美式口音。

“一塊肌肉的表演藝術”

憑借黑科技加持的輪椅，霍金得以繼續(xù)寫作出書，他重新整理了之前的書稿，出版了震驚世界的《時間簡史》。

1997年，英特爾在處理器領域的形勢一片大好，其創(chuàng)始人戈登·摩爾曾與霍金當面交流，他發(fā)現(xiàn)霍金輪椅搭載的整套電腦系統(tǒng)存在很多缺點，便表示將承包霍金的硬件設備，霍金欣然接收。

英特爾重新設計了霍金的輪椅，將計算機集成在輪椅上，用輪椅的電池供電，并且承諾每隔兩年將硬件升級一次。

超高機動性能的輪椅

然而病魔連霍金最后能活動的三根手指頭也不放過，從2005年起，他只能用一根手指操作整臺輪椅了；到2008年，最后一根手指也停止了動彈，僅剩下面部部分肌肉可以活動。于是，霍金的裝備面臨又一次的大改造。

霍金的研究生助理靈機一動，為他設計了一個“cheek switch”裝置，這個裝置可以安裝在眼鏡框上，用紅外線檢測霍金右臉頰上的一塊肌肉的活動。

這種控制方法類似于智能手機上的距離感應傳感器，傳感器發(fā)射肉眼不可見的紅外光束，并根據(jù)目標物反射的強度檢測距離。當霍金收縮面部肌肉時，傳感器會接收到一個變化的信號，然后反饋給電腦一個確認動作。這種方式可以完全替代之前使用的手動點擊操作，并且不改變原來的操作邏輯。

隨著輪椅的全面升級，霍金從“一根手指闖天下”進化為“一塊肌肉的表演藝術”，但他的“說話”速度還是降到了每分鐘5-6個單詞，且隨著他面部肌肉的退化，很快又大幅下降至每分鐘一個單詞，甚至無法精準地控制操作系統(tǒng)，常常陷入選錯字母的困境。于是，只好再度求助于英特爾團隊。

強大的單詞聯(lián)想功能

在英特爾的實驗室里，霍金花了足足20分鐘才“說”出大概30個單詞的問候語，他的痛苦與無奈，工程師們看在眼里、急在心里，他們迫切希望能幫到這位不幸的教授。

他們曾考慮過使用最新的技術，例如眼球追蹤技術，但霍金的病情已經(jīng)造成了嚴重的眼瞼下垂，眼球追蹤技術無法準確鎖定霍金的目光，此方案被放棄。

工程師們還讓霍金嘗試了頗為科幻的腦電波識別技術。能夠被清晰識別的腦電波信號往往都是一些身體動作控制信號，例如握拳、面部表情、抬手等，這些信號就相當于一個一個的按鍵，給每個信號設定好功能便能工作。但也許是因為癱瘓多年，霍金的大腦對肢體的控制功能已經(jīng)退化了，即便是戴上專業(yè)的腦電波帽也無法檢測出強度足夠的信號。

沒辦法，工程師團隊只好另辟蹊徑，將重點放在了改善軟件輸入效率上。他們認真觀察了霍金輸入時的每一個細節(jié)，并驚訝地發(fā)現(xiàn)，雖已進入21世紀，但霍金還在逐個字母地完整拼寫單詞，這除了源于他嚴謹?shù)男愿瘢€不得不“歸功于”這套“古老過時”的軟件。

于是團隊找來在智能手機輸入法領域備受好評的SwiftKey公司合作，他們采集了霍金的大量文檔，分析詞頻及上下文關聯(lián)等信息，開發(fā)了一套全新的軟件。這套軟件能在霍金輸入字母時給出最合適的預測詞，比如輸入“Stephen”，軟件會聯(lián)想出“Hawking”，不再需要過于完整的輸入，相信絕大多數(shù)智能手機的用戶都很熟悉這套輸入法邏輯。

名為Cheek Switch的裝置，安裝在霍金的眼鏡框上，用紅外線檢測霍金右臉頰的一塊肌肉活動。當霍金收縮面部肌肉時，也就相當于向傳感器發(fā)送了一個信號。

這些事情，都是在輪椅上一個12英寸的屏幕上完成的。霍金可以在上面寫稿、收發(fā)郵件，還能用即時通信軟件接聽電話。

同時新軟件還添加了很多便捷功能，包括一鍵靜音、全屏幕任意位置的鼠標點擊功能、快速搜索以及電子郵件。用上新軟件后，霍金的輸入效率高了10倍，能方便地用Firefox瀏覽器上網(wǎng)；霍金甚至還開通了微博，親自發(fā)博文與中國網(wǎng)友交流。

誠如霍金教授所言：“Where there's life, there's hope.”他生在了一個好的時代、一個科技能夠改變人類命運的時代，與其說“時勢造英雄”，不如用“時代救天才”來形容他的傳奇人生更為貼切。