周华明

博士的触手

About the Film

2004年，《蜘蛛侠2》上映了，作为超级英雄系列电影的第二部，蜘蛛侠不仅要殴打扰乱世界的反派，还要应对在第一部中开始怀疑他就是超级英雄的亲人朋友——他必须瞒着他们，即使这样会伤害自己。然而，这些小打小闹不算什么，真正的反派——高智商疯狂科学家章鱼博士闪亮登场了！为了更好地操作实验设备，章鱼博士为自己安装了四只机械手臂，这些手臂极其灵活，看上去就像章鱼的触手。但试验失败了，博士被触手的人工智能影响沦为反派，这四只触手大发神威，动辄挡下子弹、掀翻汽车，更把“小蜘蛛”打得“满地找牙”。

转眼10年过去了，现实中的科学家们并未搞定蜘蛛基因，让人能弹出蛛丝，但章鱼博士那科幻感十足的四只机械触手，值得在现实中讨论一番——它们由冰冷机械构成，却似活物般灵动，本质是连接人体的机械义肢，而这个领域正属于科技前沿的热点。

Real Story

触手怎么做

电影并未详细介绍章鱼博士操作触手的方式，我们可以从其触手表现的细节得到以下推论：一，触手自身具有智能，所以它失控后，会反过来影响博士的思维；二，触手通过刺入脊椎的探针与博士的意识直接沟通。

这两个推论切实反映了现实中机械义肢需要解决的两大问题：一，如何操控；二，如何保证动作精准性。首先，义肢要能直接受人控制，如使用者想抓住一个杯子，义肢就要立刻对他的意愿作出反应，而不需要输入复杂的指令来实现该操作。其次，义肢要能理解操作目标，仍以抓杯子为例，它得抓住杯子，而不是把杯子推开，或把杯子握碎。但冷冰冰的机械如何能实现这一切呢？

章鱼博士采用了探针刺入脊椎的方法，让机械装置（触手）与他的中枢神经系统直接相连。触手拥有人工智能，可以分析主人的意愿并加以实现；触手装备的摄像头则可用于识别目标、判断距离，从而实现精确操作。当然，现实中不会用脊椎穿刺这么暴力的手法，科学家只敢用放置在头皮上的外部电极来监测神经系统的活动。好处是不用在脑袋上钻孔，坏处是信号过于粗糙，并且容易受到其他电子设备的干扰。因此，一些科学家尝试采用侵入度更高的方案，例如使用高密度的硅探针，穿刺进头颅来采集大脑活动发出的电信号。在实验中，一位瘫痪的被试者成功地以意念操作机械臂端起咖啡杯并喝了一口。

一家名为Touch Bionics的英国公司所提供的机械义肢，已可在使用者的操纵下实现很多复杂的动作，包括握笔、举杯，甚至系鞋带，但它仍是通过使用者的断肢肌肉来控制机械手的，且只能执行预设的几个操作。

Future Science

神经系统与机械融合

那么章鱼博士岂不是快跨入现实了？很遗憾，最后的一步往往是最难迈出的。

第一个拦路虎，就是人工智能。电影中章鱼博士的机械臂有高度发达的人工智能，甚至在博士想要自我毁灭时，会主动影响他的意识以求生存下去。也只有这样的人工智能，才能自觉地进行各项自主操作，保证对目标的精准实现，不需要博士事无巨细地下命令控制。目前，科学家就卡在了这一点上。一方面是没有这么强大的人工智能，另一方面是没有足够强大而又微型的计算机来承载这样的人工智能。一般的方案是通过大型计算机接收电极侦测到的信号，解码并转换为义肢可以理解的“机械语言”，再通过无线电信号控制机械手的行动。但可想而知，这一整套解决方案，绝不可能小型化到让人背在身上飞檐走壁……

第二个拦路虎，是如何连接人体和机械。虽然可以用头颅穿刺电极来获得精确的信号，但大脑会将电极视为外来侵入物。人体主动排除侵入物的结果是导致电极可获得的信号越来越少、越来越弱。目前还没有很好的解决方案，而且头颅探针毕竟有些骇人，不是所有人都愿意用头上扎满针的代价来换一只机械义肢的。

幸而大脑和神经系统天生具有适应能力，大量手臂移植和断肢再连的手术证明，大脑会自动适应，神经会向着其他神经生长，甚至会接纳移植的神经。目前科学家们正在寻找一种不会被免疫系统排斥、又能导电的有机合成物，让义肢里的电子设备可以和断肢的神经连接在一起。如果大脑非凡的适应能力能让人体“理解”来自义肢的电子信号，那肉体与机械将能真正地连接在一起。