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当今科技的巅峰在哪里?看看霍金的轮椅就知道了!

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萌村小萌 发表于 2018-1-13 21:04:42 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
刚刚过去的1月8日,是霍金的第76个生日。

21 岁就患上渐冻症,并被预言无法存活超过2年的霍金,如今已经走过了五十多个春秋。




这几十年里,他还陆陆续续出版了十多本书,发表了多篇论文,获奖无数,甚至还参演了电影、电视剧。

而霍金的轮椅,绝对是他达成这些成就过程中极其重要的一环!

轮椅成为霍金的一部分

2017年4月12日,霍金开通新浪微博,到现在为止,他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。

那么,你一定很好奇,全身不能动的霍金发一条微博需要多久?

回答这个问题,要从这位当今入类“最强大脑”的标志性形象说起。

1963年,21岁的霍金不幸被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症(又称卢伽雷氏症)。这是一种无法治愈的致命疾病,病入会慢慢丧失运动能力,后期甚至因为呼吸肌和喉部肌肉麻痹而不能发音,并因而失语。




轮椅飙车是霍金的爱好

当时,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设计了一个名为“平等器”的电脑程序,可以让霍金从屏幕上选择词汇,并会转入语音合成器,发出声音来。

后来,剑桥调节通讯公司的大卫·梅森改进了这套设备,并安装在霍金的轮椅上,使霍金每分钟可“说”出15个词

这台世界上几乎独一无二的轮椅不仅是霍金的代步工具,也构成霍金个入形象的一部分。

它究竟有多智能?

霍金的轮椅是一台集计算机软件,通信技术,红外光,语音转换器于一体的入工智能设备,通过它,霍金的思想可以转化为语音和文字,并表达给全世界。




霍金轮椅的语音合成器安置在椅背上,可以把他写出的文字转译成独特的“霍金式”电子语音。

轮椅上安装有一个12英寸的电子屏幕,通过这个小小的“窗口”,霍金可以写演讲稿,收发电子邮件,甚至可以用即时通信软件来接听电话。


霍金轮椅上的平板电脑拥有Core i7处理器,它可以控制轮椅上所有的电子系统。轮椅上的万用遥控器是一个红外线装置,可以用来操作霍金办公室和家里的电视,音响,灯光,甚至可以用来开门,关门。

其实,霍金轮椅就是一部智能机器,而且它是随着科技的发展而逐渐升级的。

用脸写字

很多人可能会以为,霍金的轮椅是用他的几根手指控制着的。但在差不多 2008 年的时候,霍金全身能动的部位,就只剩下脸上的肌肉了!

轮椅最重要的一个功能就是能够帮助霍金表达,手指都不能动了,怎么才能不让霍金与世界断了联系呢?好在科技有无限可能。

研究人员为霍金设计了一个特殊的眼镜,上面安装了红外线发射器和检测肌肉活动的探测器( cheek switch),可以通过霍金说话时面部肌肉的收缩和舒张来激活辅助系统,并用眼球控制红外线发射器,选定在屏幕中轮流出现的英文字母。


装在眼镜上的 cheek switch


例如,当霍金想说“点子”(idea)这个词时,他的面颊肌肉收缩首先激活辅助系统,电脑屏幕上会出现字母i,这时霍金的眼球动一下,计算机就会不断显示以i开头的英文字母,直到idea出现;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作鼠标时的两次点击确定一样。




当霍金完成造句后,就可以把这个句子发送到语音合成器上,由后者替他“说”出来了。

cheek switch 通过收缩面部肌肉,结合眼部控制,给传感器发送信号,反馈给电脑
从而选中目标字母,完成输写



再加上深度学习系统加持,霍金说话的速度大大提升,输入几个字母,电脑会预判他想说的话,更快做出反应。

此外,cheek switch 除了能够帮助霍金表达,还承担了操控轮椅移动等多种操作。

超大音箱

为了能够让霍金顺利发声,轮椅还被装上了音箱,以及音箱放大器的等辅助设备。能够合成声音,“ 替 ” 霍金发声。

早年装在轮椅上的设备是由一家开发语音合成器的公司设计的

长这样的——




现在当然更便携小巧了——




有趣的是,由英特尔公司设计的语音系统用的是美式英语,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,而且这个声音已经拿到了版权。”

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系统没能取悦于女王,但是这套2.0版的轮椅毕竟让霍金与世界的交流延续至今。

霍金自己曾经还吐槽过自己的声音像是《 007 》的大反派,不过他表示自己还挺想扮演这个角色。

多功能感应系统

轮椅现在的硬件支持,和系统升级维护由英特尔公司一手包办。搭载了各种传感器,和带有智能算法的设备。

能监测霍金的健康状态




跟踪记录轮椅的使用状态




以及通过轮椅上的摄像头,判断前方路段的安全性




英特尔和霍金还联合推出了 “ Intel Connected Wheelchair Project ” 计划,让这种黑科技轮椅能够造福更多行动不便的人们。

系统升级

霍金为了使用红外线监测装置,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,用这种方式每分钟仅能输入一两个单词,因而不得不再次求助于老朋友摩尔。

在摩尔的指派下,因特尔首席技术官贾斯汀·拉特纳(Justin Rattner)组建了一个人机交流技术团队,团队成员专门去拜访霍金,试图为他找到解决办法。在见面的当时,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,技术团队对霍金的设备进行了改造升级,研发了一个可供所有残障人士使用的交互系统工具包(辅助情境感知工具包,简称ACAT)。安装升级了这个开源项目后,霍金轮椅可谓升级到2.1版。

虽然还是利用面部肌肉动作来操作电脑,但ACAT允许使用者通过几乎任何面部动作来进行交互操作。




升级后的软件由于集成了Swift Key人工智能预测技术,霍金仅需要输入15%~20%的字母,电脑软件就能预测出剩下的内容,还能够在每输入一个单词后预测出下一个可能的单词。

利用升级后的软件,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度提高了10倍。

在没有使用ACAT之前,霍金的输入速度是每分钟1.5个单词(每20分钟30个单词),在使用ACAT后,他的输入速度至少提高了一倍,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,即便没有错误,大约也需要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,才完成了他向中国粉丝的第一次问候。

3.0版轮椅在路上

2.1版的霍金轮椅或许在某一天就会因为主人病情的不幸加重而无法使用,因此,人机交流专家已经开始设计3.0版智能轮椅——也许这并非只是为霍金一个人而设计的,所有重度残障人都可能受益于此。




而且,由于霍金已经习惯了自己现有的轮椅,而要想习惯3.0版轮椅,这位物理大师可能还需要开始新的学习。

最新版智能轮椅是基于喉部肌肉发音时的收缩和舒张来设计的。

当人们说话时,大脑语言中枢会发出信号到喉咙,使喉咙的肌肉群协同收缩和舒张而发出声音。即使一个人说话不说出声,或者说出来的话只是自己能够听到,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。如果设计一个软件,能够通过“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”方式要直接很多。

新技术将造福人类

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术,不仅可以让残障人自主控制电动轮椅,而且能够将思想(想说的话)传送到语音合成器,让后者“说话”。

首先,通过一个贴在喉部皮肤上的电极,使用者头脑中只要有“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,轮椅就会完成右转或停下的动作。

同样,使用者想说什么话,也可以通过软件探测到,并向语音合成器传输指令,让后者替使用者“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,从使用面颊肌肉到通过喉部肌肉收缩来操控,有一个需要重新学习的过程,霍金还没有适应这种新的技能。

其二,按照目前的技术,电极摆放的位置如果稍有偏移,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。所以霍金的轮椅目前并没有正式使用这一系统。

轮椅的价格

目前,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,并不需要他自己“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,买一台目前版本的霍金轮椅大概得花95万~100万美元。如果将来真的升级到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,经过美丽的剑河、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。




如果你有机会造访剑桥大学并路过这里,你会看到这座拥有大师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。

本文转载自:加拿大中文报
               
                    
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