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霍金与他的黑科技:被渐冻症禁锢了身体,却用科技释放了伟大

杨娟 2018-03-14 16:29

动脉网(微信号:vcbeat)获悉,2018年3月14日,著名物理学家史蒂芬·霍金去世,享年76岁。

 

斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking),1942年1月8日出生于英国牛津,1979至2009年任卢卡斯数学教授,是继爱因斯坦之后最杰出的理论物理学家,被誉为“宇宙之王”。他提出的“宇宙大爆炸自奇点开始”、“黑洞最终会蒸发”等理论,极大拓展了人类对宇宙的认识。

 

但是天妒英才,这位当代最著名的科学家早在21岁时就被确诊为“渐冻症”(肌肉萎缩性侧索硬化症,ALS),全身瘫痪,不能言语,手部只有三根手指可以活动。当时医生告诉他,他只有两年时间可活。


可是坚强的霍金却与渐冻症一起度过了55年,并在生活都不能自理的情况下,撰写了10多本畅销书,发表了多篇有影响力的论文,还参演了多部影视剧作品。

 

“在我 21 岁时,我的期望值变成了零。自那以后,一切都变成了额外津贴。”


“我的手指还能活动,我的大脑还能思维;我有终身追求的理想,我有爱和爱我的亲人朋友;对了,我还有一颗感恩的心。”


“一个人如果身体有了残疾,绝不能让心灵也有残疾。”


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图片来源:Techaeris


霍金的这些成就离不开他的“黑科技”轮椅。


起初,轮椅只是霍金的代步工具,除了行动上的不便之外,他并没有什么异于常人,依旧能和别人谈笑风生,还能缓慢地写下一些公式。移居美国后,霍金坐上了电动轮椅,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,他不能写字,说话也开始变得含含糊糊。一开始大家还可以勉强听得懂,后来就只有他的家人和最亲密的朋友才能准确地理解和猜测他说的内容。


那时的霍金还是幸运的,虽然表达不畅,但是至少可以说话。

 

失去声音


不幸的是,1985年,霍金在访问欧洲核子研究中心的旅途中患上严重的肺炎,医生实施了气管切开手术,他从此永远失去了发声的能力。

 

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图片来源:birtatlibireksi


失声后,为了与人沟通,霍金尝试了很多方法,但没有一种能让人满意的。比如最原始的拼写板的方法,霍金需要用眼神选定区域、确定颜色,最后挑一下眉毛表示确认,一个字母一个字母地拼成词汇。这套拼写法必须要有两个人才能完成,拼一个单词要花上几分钟,非常麻烦。

 

重新“开口说话”


重新说话,不仅仅是霍金自己的愿望,也是学术界迫切的需求。为了让霍金“开口说话”,科学家们也是费尽了心思。

 

物理学家马丁•金找到了美国加利福尼亚 Words+公司的CEO,为霍金设计一套辅助软件帮助其发声。Words+公司的工程师们在霍金的轮椅上安装了AppleII电脑以及一个显示器。


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图片来源:wired


这套系统的原理其实很简单:光标会一行一行地扫过屏幕上显示的字母表,霍金只需在光标经过想要的字母时给电脑一个确认指令便能输入。

 

当时,霍金的双手还有一定的运动能力,不仅能自己操纵轮椅,对辅助软件的使用也完全不成问题。这套软件解决了霍金的写字问题,让他可以方便地写作。


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霍金在他新购置的计算机上发送他的第一个消息(图片来源:eetimes)


但是生活单单依靠文字交流还是明显不够的,为了让霍金真正“说话”,他的家人朋友们又找到了一家开发语音合成器的公司。该公司改造了一台CallText 5010设备,用上了当时最好的文字转换语音处理器,并在1988年赠送给了霍金。这样,霍金在输入文字后就能大声地“说”出来了。


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 图片来源:wired


靠着各种黑科技附加在身的轮椅,霍金得以继续写作,出版了震惊世界的《时间简史》。如今,《时间简史》已经被翻译成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:“与我失去说话功能前相比,我现在可以更如意地传达信息。”


设备升级和改造


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图片来源:theverge


1997年,英特尔公司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,并且承诺每隔两年便将硬件升级一次。

 

然而,岁月不仅夺走了霍金的运动能力、发声能力,甚至连最后能活动的三根手指头也不放过。2005年起,霍金只能用一根手指操作整台轮椅了,到了2008年,他的手指已经虚弱到按不下开关了,仅剩下面部的部分肌肉还可以活动,他的装备面临又一次的大改造。


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霍金眼镜旁边悬挂的红外传感器装置(图片来源:venturebeat)


霍金的研究生助理灵机一动,为他设计了一个“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一块肌肉活动。这种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。霍金收缩面部肌肉,传感器接收到一个变化的信号,则反馈给电脑一个确认动作。


这种方式可以完全替代之前使用的手动点击操作,并且不改变原来的操作逻辑。随着霍金轮椅的升级,他也从“一根手指闯天下”进化为“一块肌肉的表演艺术”,但霍金的“说话”速度还是降到了每分钟5~6个单词。

 

最先进的技术也失败了


很快,霍金的输入效率就大幅下降,到了每分钟一个单词的地步。霍金面部的肌肉也开始退化,无法精准地控制肌肉运动,常常陷入选错字母的困境,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个词的问候语。于是,工程师们便考虑使用眼球跟踪技术(检测眼部细微运动)来识别霍金想要说的话。


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不幸的是,霍金的病情已经造成了眼睑严重下垂,眼球追踪技术无法准确锁定霍金的目光,此方案只好放弃了。


眼球跟踪技术失败后,工程师们还让霍金尝试了颇为科幻的脑电波识别技术(即脑机接口,BCI)。也许是因为霍金瘫痪多年,大脑对肢体的控制功能已经退化了,即便是戴上专业的脑电波帽,也无法检测出强度足够的信号。


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除此之外,脑电波识别技术还需要经过大量的训练才能够有比较高的识别率,这对于年过七旬的霍金来说难度比较大。


 

另辟蹊径——智能软件


没办法,工程师团队只好另辟蹊径,将重点放在了改善软件输入效率的方向上。他们采集了霍金的大量文档,分析词频以及上下文关联,在霍金输入时会给出最合适的预测词。比如输入“Stephen”,软件会联想出“Hawking”。同时,新软件还添加了很多便捷操作,包括一键静音、鼠标点击功能、快速搜索等。


霍金也毫不掩饰对新软件的喜爱,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。”


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 图片来源:PCWorld


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,在更多开发者的维护下能不断完善这套软件。


用上新软件,霍金的输入效率一下子提高了约10倍,他不仅能使用Firefox浏览器上网,登陆Facebook,还能自己查收邮件,用skype与朋友聊天。2016年,霍金还开通了微博,亲自发博文与中国网友交流,截止到目前微博粉丝已超过461万。


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他的最后一条微博则停留在了与王俊凯的互动,并希望中国新一代年轻人能够永远保持追求科技的好奇心。

 

正是由于有了这些高科技,瘫痪轮椅几十年,身不能动、口不能言的霍金依然能与我们分享他对宇宙的深刻洞见。


2018年3月14日,这位伟大的科学家永远离开了我们,但是他所留下的智慧是人类永远的财富。而随着科技的发展,我们有理由相信,这些曾给霍金带来奇迹的黑科技,终将会造福更多的渐冻人。



霍金简史


76年前的1月8日(1942年),霍金诞生,这一天是文艺复兴时期物理学家伽利略去世400年的纪念日(1642年);而在139年前的今天,正是20世纪最伟大物理学家爱因斯坦的诞辰。三位物理学巨子,在没有尽头的时间长河中,就这样彼此联系到了一起。

 

1959年,17岁的霍金入读牛津大学的大学学院攻读自然科学,用了很少时间而得到一等荣誉学位,随后转读剑桥大学研究宇宙学。

 

1963年,21岁的他不幸被诊断患有肌肉萎缩性侧索硬化症即渐冻症。当时,医生曾诊断身患绝症的他只能活两年,可他一直坚强地活了下来。

 

1965年,23岁时他取得了博士学位留在剑桥大学进行研究工作。

 

1973年,他考察黑洞附近的量子效应,发现黑洞会像天体一样发出辐射,其辐射的温度和黑洞质量成反比,这样黑洞就会因为辐射而慢慢变小,而温度却越变越高,最后以爆炸而告终。黑洞辐射或霍金辐射的发现具有极其基本的意义,它将广义相对论、量子场论和热力学统一在一起。

 

1980年以后,霍金的兴趣转向了量子宇宙论,提出了能解决宇宙第一推动问题的无边界条件。2004年7月,他承认了自己原来的“黑洞悖论”观点是错误的。霍金认为他一生的贡献是在经典物理的框架里,证明了黑洞和大爆炸奇点的不可避免性,黑洞越变越大,但在量子物理的框架里,他指出,黑洞因辐射而越变越小,大爆炸的奇点不断被量子效应所抹平,而且整个宇宙空间正是起始于此。

 

1985年,他因患肺炎做了穿气管手术,被彻底剥夺了说话的能力,演讲和问答只能通过语音合成器来完成。

 

1985年,第一次来到中国,到中国科技大学和北京师范大学访问 。在科大水上讲演厅做天体物理的学术报告。

 

1988年,霍金的科普著作《时间简史:从大爆炸到黑洞》发行,从研究黑洞出发,探索了宇宙的起源和归宿,该书被译成40余种文字,出版逾1000余万册,但因书中内容极其艰深,在西方被戏称为“读不来的畅销书”。

 

2001年10月,又一部作品《果壳中的宇宙》出版发行。 该书是《时间简史》的姐妹篇,以相对简化的手法及大量图解,诉说宇宙起源。

 

2002年,第二次来中国,在北京、杭州作主题为《膜的新奇世界》科普报告,向公众阐释他的关于天体演化的“M理论”。


2006年,他在香港透露正与女儿合撰写一套类似于《哈利波特》、但主题是理论物理学而非魔法的小说。

 

2006年6月,第三次来中国,他带来的仍然是自己关于宇宙学最新的研究,在香港科技大学体育馆主持一个题为"宇宙的起源"的演讲时,轰动一时,被戏称为受到“摇滚巨星”级的接待。2006年6月19日上午,在人民大会堂向北京的公众讲述《宇宙的起源》。

 

2009年4月6日,霍金因病取消外访,同月20日因病送院治理,情况欠佳。

 

2012年1月传出因脸部肌肉恶性萎缩,已严重影响其表达能力,并有可能使他无法发出独特的“电脑声”。

 

2012年4月6日播出的热播美剧《生活大爆炸》第五季第21集中,史蒂芬·霍金本色出演参与了客串。

 

2012年,霍金在赵晓凯收藏北京奥运火炬上盖上了两枚金色指纹,并题词:“为了人类长期生存,为了世界和平,我们需要销毁所有核武器”。

 

2017年为英国BBC录制纪录片《探索新地球》。

 

2018年3月14日,霍金在英国去世,享年76岁。


参考资料:


1、https://baijiahao.baidu.com/s?id=1589807738052476075&wfr=spider&for=pc

2、https://mp.weixin.qq.com/s/UCC4ziD8CTVRJG7cCzw5gg 

3、https://www.theverge.com/2015/8/18/9173041/stephen-hawking-intel-github-speech-software 

4、https://www.intel.com/content/www/us/en/internet-of-things/videos/dr-hawkings-connected-wheelchair-video.html 

5、https://thinkstories.com/intel-and-thinkpad-give-professor-stephen-hawking-a-voice/

6、http://news.zol.com.cn/632/6327454.html


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