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为了让霍金说上话,科学家在他轮椅上装了多少黑科技?

文章分类:电脑医生 作者:登云网址导航编辑整理 来源:www.denyun.com 发表时间:2019/3/15 13:05:23 推荐给朋友
世界上有太多的未解之谜,有很多藏在我们的脑海深处,我们乃至完全没成心想到。关于霍金,很多人可能没有太多想法,但是如果仔细想1想,你会发现:你从未听过他真实的声音,也未曾看见过他执笔写作,可你却从未质疑过他的存在。

他身下的轮椅干巴巴地输出语音,究竟是霍金在说话还是轮椅在交谈?完全瘫痪的霍金是如何控制轮椅的?这背后会有哪些不为人知的尖端科技?


斯蒂芬·霍金
尽人皆知,斯蒂芬·霍金是1个曾的传奇,自他成名时就已几近全身瘫痪,成天坐着轮椅,连与人交谈这样的简单事都显得困难重重。

很难想象,1个抓不起笔,开不了口,连生活都不能自理的残障人士不但写了10余本畅销书,发表了多篇有影响力的论文,还参演了多部影视剧作品,这背后靠的不是甚么伟大的女人,靠的固然是他的轮椅(不靠着轮椅他怎样坐得起来)。


霍金早在年仅21岁时就被诊断出得了肌肉萎缩性侧索硬化症(1种病因至今不明的运动神经侵害疾病,又名“渐冻症”),他的肌肉会渐渐失去气力,萎缩,终究蔓延至呼吸和吞咽的相干肌群,很大几率会死于呼吸衰竭。


病发前的霍金也曾是1名帅小伙
随着病情延续恶化,霍金开始依托拐杖才能出行。几年后,霍金就已没法站立,虽然他曾10分不愿使用轮椅,但面对现实也他只有这1个选择。霍金与轮椅将近50年的羁绊正式开始。

起初,轮椅只是霍金的代步工具,他除行动上的不便以外,并没有甚么异于常人,照旧能和他人谈笑风生,还能缓慢地写下1些公式。


得病后日渐消瘦的霍金
移居美国后,霍金坐上了电动轮椅,恍如找回了逝去的青春,想起了在剑桥赛艇队的追风逐电,因而发展出了“飚轮椅”的特殊爱好,常常把轮椅调到最高速,在人行道上横冲直撞。


不过很快霍金就没有心情继续“飚轮椅”了,病情再度恶化,他不再能写字,说话也开始变得含含糊糊,1开始大家还可以委曲听得懂,后来就只有他的家人和最密切的朋友才能准确地理解和猜想他说的内容。那个时期,霍金出门除轮椅相伴,还得带上1个“首席发言人”。


还能含糊说话的霍金
其实此时的霍金还是幸福的,最少他还能够1句1句地表达,很快他就将完全告别这样的幸福时光了。1985年,霍金在欧洲访问时得严重的肺炎,医生实行了气管切开手术,虽保住了他的性命,但他却永久失去了发声的能力。

所谓大难不死必有后福,可这句话在霍金身上恍如其实不应验,对霍金来讲,失声后的沟通可能比生死更加重要。他也尝试了很多方法,但没有无1种能让人满意的,比如最原始的拼写版。

霍金需要用眼神选定区域、再肯定色彩,最后挑挑眉毛表示确认,1个字母1个字母得拼成辞汇。这套“眉目传情”的功法必须要两个人材能修炼,拼1个单词要花上数分钟,麻烦至极。


霍金传记电影《万物理论》中演示的拼写板
重新让霍金说上话,不但仅是他自己的欲望,也是学术界迫切的需求。物理学家马丁·金最早想到用1套辅助软件来跟霍金交换,他找到了美国加利福尼亚 Words+ 公司的 CEO,要求他帮助霍金教授。这位 CEO 曾开发过1套名为 Equalizer 的软件帮助1样得了“渐冻症”的岳母,他得知要帮助的是霍金教授,立马就表示将全力以赴。

为了方便的运行这套软件,他们在霍金的轮椅上安装了 Apple II 电脑和1个显示器。这套系统的原理其实很简单,光标会1行1行地扫过屏幕上显示的字母表,霍金只需要在光标经过想要的字母时给电脑1个确认指令便能实现输入。


彼时,霍金的双手还有1定的运动能力,不但能自己操纵轮椅,对辅助软件的使用也完全不成问题,毕竟整套软件只需要1两个按键就可以够操作。

听说,霍金还是使用扫描式输入法速度最快的3个人之1,每分钟能拼出15-20个单词,另外两个则是软件开发者本人和他的好朋友。


霍金使用的Equalizer软件
这套软件解决了霍金的输入问题,他已可以还算方便地写作,但是在生活中单单只有文字是远远不够的。霍金的家人朋友们又找到了1家开发语音合成器的公司,希望寻求帮助。

这家公司生产的设备主要用于电话自动应对系统,接到来自霍金的求助倍感荣幸。他们改造了1台 CallText 5010 设备,用上了当时最好的文字转换语音处理器,在1988年赠送给了霍金。这样霍金在输入文字后就可以大声地“说”出来了,恍如重获新生。


这个铁盒子便是霍金多年来的“喉咙”
不过,这台安装在轮椅上的硬件其实不完善,它发出的声音也其实不是我们现在熟知的霍金声音,霍金本人也对这点10分不满,他要求替换成自己的声音。

因而,MIT的工程师帮助霍金实现了欲望,他为霍金制作了3种声音,分别是他妻子、他女儿和他本人的声音。多是由于这些工作都是由美国人完成的,霍金的语音至今都还带有明显的美式口音。

靠着各种黑科技加持的轮椅,霍金得以继续写作出书,他重新整理了之前的书稿,出版了震惊世界的《时间简史》,如今《时间简史》已被翻译成40多种语言,售出1000多万本,被誉为最难看懂的畅销书。霍金很高兴地说,“与在我失去说话功能前相比,我现在可以更如意地转达信息。”


1997年,英特尔在处理器领域的情势1片大好,其开创人戈登·摩尔曾与霍金当面交换,他发现霍金轮椅上使用的搭载老对手AMD处理器的电脑,整套系统也存在很多缺点,便表示将承包霍金的硬件设备,霍金怅然接收。

英特尔重新设计了霍金的轮椅,将计算机集成在轮椅上,用轮椅的电池供电,并且许诺每隔两年将硬件升级1次。


岁月如刀,不但夺走了霍金的运动能力、发声的能力,乃至连最后能活动的3根手指头也不放过。2005年起,霍金只能用1根手指操作整台轮椅了,短短3年以后,他已连手指都没法控制了,仅剩下脸部的部份肌肉可以活动,他的设备面临又1次的大改造。

霍金的研究生助理灵机1动,为他设计了1个“cheek switch”装置,这个装置可以安装在眼镜框上,用红外线检测霍金右脸颊的1块肌肉活动。


霍金眼镜右边悬挂的装置便是红外传感器
这类控制方法类似于智能手机上的距离感应传感器,传感器发射肉眼不可见的红外光束,根据目标物反射的强度检测距离。霍金收缩脸部肌肉,传感器接收到1个变化的信号,则反馈给电脑1个确认动作。这类方式可以完全替换之前使用的手动点击操作,并且不改变原来的操作逻辑。


霍金打字时只要轻微地抽动脸部肌肉
随着霍金轮椅的升级,他也从用“1根手指闯天下”进化为“1块肌肉的表演艺术”,但霍金的“说话”速度还是降到了每分钟5-6个单词。

好景不长,很快霍金的输入效力就大幅降落之每分钟1个单词,他脸部的肌肉也开始退化,没法精准地控制,常常堕入选错字母的窘境,只好再度求助于英特尔团队。

在英特尔的实验室里,霍金花了足足20分钟才“说”出了大概30词的问候语,打字时霍金的痛苦与无奈工程师们都看在眼里,也都10分希望能帮到霍金教授。


他们曾斟酌过使用最新的技术来挽救这个过时的系统,例如眼球追踪技术。眼球追踪技术虽然听起来高大上,实际上原理也其实不复杂,简单来讲就是通过检测眼部的细微运动来实现对设备的操控,看哪指哪。


最早进的解决方案采取红外线投射方式,在30英寸的屏幕上,能精确控制到1厘米之内,在1定程度上可以代替鼠标的操作。不过霍金的病情已造成了严重的眼睑下垂,眼球追踪技术没法准确锁定霍金的眼光,此方案被放弃。


除眼球追踪技术,工程师们还让霍金尝试了很是科幻的脑电波辨认技术。很多人心目中对脑电波技术的理解是所谓的“心想事成”,被操控设备可以准确理解使用者的想法,实际上目前的技术还远达不到。

能够被清晰辨认的脑电波信号常常都是1些身体动作控制信号,例如握拳、脸部表情、抬手等,这些信号就相当于1个1个的按键,给每个信号设定好功能便能工作。至于脑海深处的思惟,目前还没办法能解读,所以目前也不用担心被人盗取思想。


或许是由于霍金瘫痪多年,大脑对肢体的控制功能已退化了,即使是戴上专业的脑电波帽也没法检测出强度足够的信号。除此以外,脑电波辨认技术还需要经过大量的训练才能够有比较高的辨认率,这点对年过7旬的霍金爷爷来讲难度不小,他本人也不太愿意改变用了几10年的这套操作逻辑,毕竟是个怀旧的人。


没办法,工程师团队只好另辟蹊径,将重点放在了改良软件输入效力的方向上。他们仔细认真的视察了霍金输入时的每1个细节,发现了很多问题。令他们惊讶的是,已是21世纪了,霍金还在1个1个字母地完全拼写单词,除他严谨的性情外,其余的恐怕还要“归功于”这套古老的软件。


由 Words+ 开发的软件虽1直在更新,但联想功能照旧10分薄弱
团队找来了在智能手机输入法领域备受好评的SwiftKey公司合作,他们收集了霍金的大量文档,分析词频和上下文关联,在霍金输入时会给出最适合的预测词。比如输入“Stephen”,软件会联想出“Hawking”,不再需要逐一输入字母,相信绝大多数智能手机的用户都很熟习这套逻辑。


SwiftKey强大的单词联想功能
同时新软件还添加很多便捷操作,包括1键静音,全屏幕任意位置的鼠标点击功能,快速搜索还有电子邮件。用上新软件,霍金的输入效力高了10倍,还能方便的用Firefox阅读器上网。霍金还开通了微博,亲身发博文与中国网友交换,吓得网友们纷纭表示“在做梦”。


我梦到了霍金开微博
霍金也绝不粉饰对新软件的爱好,大赞这次革命性的升级,他说“希望它在接下来的20年继续为我服务。”(使人欷歔)

英特尔团队看到了这套新软件的成功,也打算以此帮助更多的残疾人,他们开放了这套ACAT(Assistive Context-Aware Toolkit)软件的源代码,将其托管在著名开源社区GitHub,免费让残障人士用上霍金同款软件的同时也希望众人拾柴火焰高,在更多开发者的保护下能不断完善这套软件。


霍金同款的ACAT辅助软件
除在给霍金的轮椅提供计算机技术支持外,英特尔团队也改进了轮椅的很多设计,包括改良人体工程学设计,搭载更高性能的控制系统,整合健康监测和生命保持装置。同时,他们也推出了伽利略、爱迪生开发工具包,推动智能物联网轮椅的开发,致力于让残障人士享受更便利的生活。


有这么1句古话说“时势造英雄”,放在今天看,这句话可能已不怎样准确了,霍金的传奇用“时期救天才”来形容可能更加准确。霍金遇上了好的时期,也选对了人生的路,他曾在自己的视频短片中说过:“医药没有治愈我的疾病,所以我更依赖于科技。”


有人说科技违背了优越劣汰的法则,它解救了太多本应当被“淘汰”的人;可如果没有科技,全人类可能都是应当被“淘汰”的弱者,霍金的故事其实也是人类的故事。

毕竟如霍金所说:“Where there's life, there's hope.”

今天是霍金去世1周年记念日,这篇文章是我们两年前的作品,有很多下贱的媒体抄袭乃至改成视频解说文案当作原创,就在今天发布之前,这篇文章被某公众号违规声明原创,差1点没法发送。我们在此严正声明,本文乃SME全网原创,首发于2017年3月9日。

吐槽完了继续说说今天这个特别的日子,3月14日,被认为是圆周率日,同时也是著名科学家爱因斯坦的140周年诞辰日,所以在这里,借着霍金的名望,给大家推荐1本爱因斯坦的著作——《物理学的进化》。


这本书介绍的物理学观念从伽利略、牛顿时期的经典理论发展到现代的相对论、量子论和场论的演化情况。共分为4章:机械观的兴起;机械观的衰落;场、相对论;量子。

其当选择了几个主要的转折点来阐明经典物理学的命运和现代物理学中建立新观念的动机所在,从而引导读者怎样去找寻观念世界和现象世界的联系。

虽然听起来很深奥,但事实上,全书没有援用数学公式,语言通俗易懂、举例浅显,编写文体别开生面,可以说是1本生动有趣的科普书,推荐大家品读。

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