殘疾人將利用機器人技術參加首屆半機械人奧運會。

邁克爾?麥克萊倫（MichaelMcClellan）向我豎起了大拇指，此時他正騎著斜躺式三輪車飛馳而過，他呼吸急促，但墨鏡后露出燦爛的笑容。在克利夫蘭一個綠樹成蔭的公園內，麥克萊倫正沿著環繞公園的小路騎行；路上遇見一群上班族正享受著露天午餐及6月的溫暖陽光，他們吃著三明治，并未注意到這個騎三輪車的人有什么特別。他們不知道麥克萊倫腰部以下癱瘓，在他們眼前發生的是一個奇跡。這是世界上首批半機械人自行車選手之一的一堂訓練課。

麥克萊倫正在備戰將于2016年10月在蘇黎世舉辦的人機體育大賽（Cybathlon），即首屆半機械人奧林匹克運動會。比賽中，選手們將利用先進的技術來彌補癱瘓和截肢等殘疾。例如，在自行車賽中，高位截癱的選手們將利用電刺激系統來促使自己癱瘓的雙腿行動起來；電極和肌肉協同工作，實現蹬踏，讓三輪車前行。

誠然，殘奧會已為殘疾運動員提供了一個展示自我的舞臺，但Cybathlon組織者、瑞士蘇黎世聯邦理工學院的教授羅伯特?里納（RobertRiener）解釋說，Cybathlon的規則和目標是不同的。殘奧會禁止使用機械化設備，但Cybathlon鼓勵這樣做。

里納解釋說：“Cybathlon更為看重的是對身體和裝置的控制，而不是個人的力量和速度。”半機械人的各項比賽要展示的是人機合作的力量和智慧，而不是人體依靠自身力量的運動。這也是為什么Cybathlon的競賽選手被稱為“操作者（pilot）”，而不是“運動員”。每個參賽團隊由一個技術小組和一位操作者組成，如果該隊獲獎，技術小組和操作者都會獲得表彰。

里納任職于蘇黎世聯邦理工學院的感知及運動系統實驗室，主要負責研發機器人康復系統，他說，組織舉辦Cybathlon的想法源于他對目前可供殘疾人使用的輔助技術的失望。他說：“這些輔助技術大多對患者助益不大。”例如，在手臂截肢的群體中，只有四分之一的人使用假肢，因為假肢并不適用于日常生活中的常規工作。

里納請來學術界和業界的工程師們為Cybathlon開發新技術，并且培訓操作者，希望以此來激勵創新。為了確保所開發的裝置在競技場外也能發揮作用，Cybathlon賽事將結合日常生活中的常規任務。比賽中，佩戴腿部動力假肢的操作者需要爬樓梯，穿過石子路。在超越障礙賽事中，佩戴臂部假肢的截肢者們需要完成切面包片、打開果醬瓶等制作早餐的日常程序。這些任務如果只用單手操作，是非常困難的。

預期參加Cybathlon的80支隊伍將從世界各地趕赴蘇黎世。英國廣播公司（BBC）和日本放送協會（NHK）等主要媒體網絡將對賽事進行報道。如果運動會一炮打響并廣受歡迎，那么下一屆Cybathlon將可能與2020年夏季奧運會一起在東京舉行。

不妨默想片刻。這項全球首創的體育賽事不僅包括馬拉松、400米自由泳和跳高，還會包括擰掉果醬瓶蓋和爬樓梯等項目。在Cybathlon，這些看似平凡的“壯舉”將得到重新認識：它們是工程設計、技術熟練程度和人類堅毅品質的非比尋常的綜合體現。

“我喜歡飛馳的感覺。”麥克萊倫呼吸急促地說，在繞著公園騎行幾圈后，他大口地喘著粗氣。他解釋說：“這也是我現在愿意使用輪椅的原因。”

2009年，麥克萊倫在墨西哥騎著越野摩托車在路上馳騁，卻沒有注意到前方的一道橫溝。摩托車撞到溝壁上，他的身體在沖擊下撞向車座，造成他后腰處脊椎骨折。麥克萊倫說，脊骨碎片插入脊髓，就像“一根軟管打了個結”一樣。他的雙腿沒有受傷，但大腦的動作指令無法通過受損的脊髓神經傳達到腿部。

那么，這位癱瘓者如何能夠騎行穿過克利夫蘭的公園呢？答案來自街對面的路易斯?斯托克斯?克利夫蘭退伍軍人醫療中心內的實驗室。在那里，神經工程師羅納德?特寥洛（RonaldTriolo）負責運營管理一個高級平臺技術中心（他也是附近的凱斯西儲大學的教授）。特寥洛使用了一種被稱為功能性電刺激（FES）的技術來幫助脊髓損傷的患者。這種技術利用電脈沖激活腿部神經，控制原本處于休眠狀態的肌肉。這些刺激會大致模擬那些本應由大腦發出并通過脊髓傳達到外圍神經的電信號。

許多康復診所都配有簡單的FES系統，可將表面電極貼在使用者的腿部，發射電脈沖，使其沿大致正確的方向穿過皮肉，并微弱地刺激神經。但是，這種方案無法提供精確的控制，因此，特寥洛率先使用了電極“套囊”，這些套囊通過手術植入患者體內，并環繞在神經周圍。

每個微型硅膠套囊有4個嵌入式鉑觸點，這些觸點用于觸及神經束表面上的不同位置，從而在錯綜復雜的神經網絡中刺激特定神經纖維。電流通過連接到植入腹內的脈沖發生器的細導線到達電極。特寥洛在計算機中設計刺激模式，并通過無線傳輸將指令發送給脈沖發生器。他說：“對時間控制和刺激模式進行的所有調整均在軟件中完成，因此無須更換植入部件。”外部設備可以通過射頻發射能量，為脈沖發生器充電，因此也無須更換電池。

經過20年的反復實驗，特寥洛所開發的刺激模式可以使截癱患者做抬腿動作、從輪椅上站起、靠雙腿支撐身體保持站立，甚至依靠學步車慢慢前行并保持平衡。他正在研究具備更多嵌入式觸點的神經套囊，利用更多的觸點可以編寫更復雜的刺激模式。他的最終目標是讓像麥克萊倫這樣的人恢復正常的行走能力。

2011年，麥克萊倫在加州他家附近的一個康復診所里，從一個朋友那聽說了特寥洛的實驗，立即主動請纓。他說：“我沒有任何猶豫，立刻就決定參與。”經過11個小時的手術，醫生在他的腿部和臀部植入了10個電極：在兩個股神經處各形成一個套囊，從而控制股四頭肌中離散的肌纖維；8個較簡單的單觸電極，以激活臀肌及腿腱神經。歷經半年的康復治療后，麥克萊倫回到克利夫蘭，首次啟動刺激器。

他并沒有馬上站起來；首先，物理治療師讓他進行了為期8周的艱苦的力量訓練。他躺在床上幾個小時，讓刺激器刺激他的神經，使其雙腿抬起，吊到空中。雖然麥克萊倫的肌肉是由外部而不是大腦產生的脈沖而觸發的，但結果是相同的，都是使肌肉質量增加。訓練間隙，工程師對其測試不同的刺激模式，試驗不同電流量和電脈沖時間的影響。而后，他們設計了帶有按鈕的小型外部控制器，每個按鈕可觸發一種特定運動的刺激模式，例如抬起左腿或從輪椅上站起。

最后，醫生和工程師們一致認為他已經作好了站起來的準備。整個團隊聚集在康復室，麥克萊倫按下“站立”按鈕，他癱瘓的雙腿站了起來。當被問到如何形容那一刻時，麥克萊倫停頓了一下。

最后他說：“你見過一條狗舒展它的前爪嗎？你看到時就會想：‘這感覺應該不錯’。”那些看著他伸展近兩米（1.93米）的軀體的研究者們一定也是這么想的。

特寥洛原本并不認為Cybathlon是個好創意。他當時想：“我們真正需要的是合作和國際組織間的協作，而不是競爭。”但他很快就又考慮到，這類賽事能夠利用友好競爭的精神將研究人員們聚集在一起，推動技術發展。自行車比賽激起了他的興趣，他問幾個研究志愿者（包括麥克萊倫）是否愿意幫助他改造刺激系統，使其適用于自行車比賽；并開始著手研究新的刺激模式，使癱瘓的自行車選手的腿部肌肉能夠推動自行車踏板。

初夏，在綠樹成蔭的克利夫蘭公園的訓練課程中，重新裝備的系統首次試用。此前，工程師們和麥克萊倫已經花了幾個小時在實驗室中的固定自行車上微調刺激模式。但在公園里，他們發現當前的裝置仍存在局限。

上坡時，三輪車自然減速，但作用在兩腿肌肉的刺激脈沖時間設置卻沒有變化。這是一個問題，因為麥克萊倫與車子不再同步，他的腿部肌肉在錯誤的循環點上推動踏板。麥克萊倫試圖通過他自身可以控制的少許臀部肌肉加以平衡，使其能在適當的時刻踩下踏板。他說，他試圖拉動髖關節，“將踏板恰好帶動至12點位置，為下一次踩踏沖力作好準備”。

特寥洛計劃改善麥克萊倫的肌肉收縮對輪轉力的作用。他會利用接下來的幾個月在腳踏板上安裝位置傳感器，將踏板的位置信息傳到麥克萊倫的植入脈沖發生器，在踏板就位的每個瞬間傳遞相應信號。特寥洛說：“訣竅就在于讓技術和生物學作為統一的整體協同工作。”

雖然，作為操作者，麥克萊倫的首要任務是按動控制器上觸發騎行刺激模式的按鈕，但這還不夠。他的肌肉必須應對電刺激，完成實際動作，如果肌肉狀態不佳，他的表現會迅速下滑。特寥洛說，一旦肌肉開始疲勞，即使刺激神經，后力也會不足。

為了提高強度和耐力，麥克萊倫將繼續在健身房做抬腿運動，他還希望能有一輛斜躺式三輪車可以讓自己在社區練習。他積極訓練，并非只為了Cybathlon。他還想著他的未來，并夢想著有一天人們能發明出可以修復受損脊髓神經的干細胞療法。目前，這種治療方法還處于實驗階段，但麥克萊倫打算先讓自己強健起來，以便在今后技術成熟時從中獲益。他說：“我想擁有健康的肌肉，良好的骨密度，這樣新療法一出現我就可以參與了。”

到10月，如果訓練一切順利的話，麥克萊倫的肌肉會更加健康，那么他就能出現在蘇黎世的750米賽道上。如果他的身體和技術協同配合，并第一個沖到終點，他還有一件事要做。他會按下控制器上的“站立”按鈕，站起來接受金牌。

站在領獎臺上的他或許會成為一個現代化的奇跡，但麥克萊倫說，他想做的遠不止“成為半機械人奧運會選手”那么簡單。他說：“我之所以有這樣的熱情，就是因為我意識到好戲才剛剛開始。”

作者：Eliza Strickland