今天不聊霍金，來聊一聊他身上的“黑科技”

世界上有太多的未解之謎，有很多藏在我們的腦海深處，我們甚至完全沒有意識(shí)到。關(guān)于霍金，很多人可能沒有太多想法，但是如果仔細(xì)想想，你會(huì)發(fā)現(xiàn)：你從未聽過他真實(shí)的聲音，也未曾看見過他執(zhí)筆寫作，可你卻從未質(zhì)疑過他的存在。

他身下的輪椅干巴巴地輸出語音，究竟是霍金在說話還是輪椅在交談?完全癱瘓的霍金是如何控制輪椅的?這背后會(huì)有哪些不為人知的尖端科技?

斯蒂芬·霍金

眾所周知，“不動(dòng)明王”斯蒂芬·霍金是一個(gè)活著的傳奇，自他成名時(shí)就已經(jīng)幾乎全身癱瘓，成天坐著輪椅，連與人交談這樣的簡(jiǎn)單事都顯得困難重重。

很難想象，一個(gè)抓不起筆，開不了口，連生活都不能自理的殘障人士不僅寫了十余本暢銷書，發(fā)表了多篇有影響力的論文，還參演了多部影視劇作品，成功的背后靠的不是偉大的女人，靠的當(dāng)然是他的輪椅(不靠著輪椅他怎么坐得起來)。

霍金早在年僅21歲時(shí)就被診斷出患有肌肉萎縮性側(cè)索硬化癥(一種病因至今不明的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)損害疾病，又名“漸凍癥”)，他的肌肉會(huì)漸漸失去力量，萎縮，最終蔓延至呼吸和吞咽的相關(guān)肌群，很大概率會(huì)死于呼吸衰竭。

病發(fā)前的霍金也曾是一位帥小伙

隨著病情持續(xù)惡化，霍金開始依靠拐杖才能出行。幾年后，霍金就已經(jīng)無法站立，雖然他曾十分不愿使用輪椅，但面對(duì)現(xiàn)實(shí)也他只有這一個(gè)選擇?；艚鹋c輪椅將近50年的羈絆正式開始。

起初，輪椅只是霍金的代步工具，他除了行動(dòng)上的不便之外，并沒有什么異于常人，依舊能和別人談笑風(fēng)生，還能緩慢地寫下一些公式。

患病后日漸消瘦的霍金

移居美國后，霍金坐上了電動(dòng)輪椅，似乎找回了逝去的青春，想起了在劍橋賽艇隊(duì)的風(fēng)馳電掣，于是發(fā)展出了“飚輪椅”的特殊愛好，常常把輪椅調(diào)到最高速，在人行道上橫沖直撞。

不過很快霍金就沒有心情繼續(xù)“飚輪椅”了，病情再度惡化，他不再能寫字，說話也開始變得含含糊糊，一開始大家還可以勉強(qiáng)聽得懂，后來就只有他的家人和最親密的朋友才能準(zhǔn)確地理解和猜測(cè)他說的內(nèi)容。那個(gè)時(shí)期，霍金出門除了輪椅相伴，還得帶上一個(gè)“首席發(fā)言人”。

還能含糊說話的霍金

其實(shí)此時(shí)的霍金還是幸福的，起碼他還能夠一句一句地表達(dá)，很快他就將徹底告別這樣的幸福時(shí)光了。1985年，霍金在歐洲訪問時(shí)患上嚴(yán)重的肺炎，醫(yī)生實(shí)施了氣管切開手術(shù)，雖保住了他的性命，但他卻永遠(yuǎn)失去了發(fā)聲的能力。

所謂大難不死必有后福，可這句話在霍金身上似乎并不應(yīng)驗(yàn)，對(duì)霍金來說，失聲后的溝通可能比生死更為重要。他也嘗試了很多方法，但沒有沒有一種能讓人滿意的，比如最原始的拼寫版。

霍金需要用眼神選定區(qū)域、再確定顏色，最后挑挑眉毛表示確認(rèn)，一個(gè)字母一個(gè)字母得拼成詞匯。這套“眉目傳情”的功法必須要兩個(gè)人才能修煉，拼一個(gè)單詞要花上數(shù)分鐘，麻煩至極。

霍金傳記電影《萬物理論》中演示的拼寫板

重新讓霍金說上話，不僅僅是他自己的愿望，也是學(xué)術(shù)界迫切的需求。物理學(xué)家馬丁·金最先想到用一套輔助軟件來跟霍金交流，他找到了美國加利福尼亞Words+公司的CEO，請(qǐng)求他幫助霍金教授。這位CEO曾經(jīng)開發(fā)過一套名為Equalizer的軟件幫助同樣患有“漸凍癥”的岳母，他得知要幫助的是霍金教授，立馬就表示將全力以赴。

為了方便的運(yùn)行這套軟件，他們?cè)诨艚鸬妮喴紊习惭b了Apple II電腦以及一個(gè)顯示器。這套系統(tǒng)的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，光標(biāo)會(huì)一行一行地掃過屏幕上顯示的字母表，霍金只需要在光標(biāo)經(jīng)過想要的字母時(shí)給電腦一個(gè)確認(rèn)指令便能實(shí)現(xiàn)輸入。

彼時(shí)，霍金的雙手還有一定的運(yùn)動(dòng)能力，不僅能自己操縱輪椅，對(duì)輔助軟件的使用也完全不成問題，畢竟整套軟件只需要一兩個(gè)按鍵就可以操作。

據(jù)說，霍金還是使用掃描式輸入法速度最快的三個(gè)人之一，每分鐘能拼出15-20個(gè)單詞，另外兩個(gè)則是軟件開發(fā)者本人和他的好朋友。

霍金使用的Equalizer軟件

這套軟件解決了霍金的輸入問題，他已經(jīng)可以還算方便地寫作，但是在生活中單單只有文字是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。霍金的家人朋友們又找到了一家開發(fā)語音合成器的公司，希望尋求幫助。

這家公司生產(chǎn)的設(shè)備主要用于電話自動(dòng)應(yīng)答系統(tǒng)，接到來自霍金的求助倍感榮幸。他們改造了一臺(tái)CallText 5010設(shè)備，用上了當(dāng)時(shí)最好的文字轉(zhuǎn)換語音處理器，在1988年贈(zèng)送給了霍金。這樣霍金在輸入文字后就能大聲地“說”出來了，仿佛重獲新生。

這個(gè)鐵盒子便是霍金多年來的“喉嚨”

不過，這臺(tái)安裝在輪椅上的硬件并不完美，它發(fā)出的聲音也并不是我們現(xiàn)在熟知的霍金聲音，霍金本人也對(duì)這點(diǎn)十分不滿，他要求替換成自己的聲音。

于是，MIT的工程師幫助霍金實(shí)現(xiàn)了愿望，他為霍金制作了三種聲音，分別是他妻子、他女兒以及他本人的聲音?？赡苁且?yàn)檫@些工作都是由美國人完成的，霍金的語音至今都還帶有明顯的美式口音。

靠著各種黑科技加持的輪椅，霍金得以繼續(xù)寫作出書，他重新整理了之前的書稿，出版了震驚世界的《時(shí)間簡(jiǎn)史》，如今《時(shí)間簡(jiǎn)史》已經(jīng)被翻譯成40多種語言，售出1000多萬本，被譽(yù)為最難看懂的暢銷書?；艚鸷芨吲d地說，“與在我失去說話功能前相比，我現(xiàn)在可以更如意地傳達(dá)信息。”

1997年，英特爾在處理器領(lǐng)域的形勢(shì)一片大好，其創(chuàng)始人戈登·摩爾曾與霍金當(dāng)面交流，他發(fā)現(xiàn)霍金輪椅上使用的搭載老對(duì)手AMD處理器的電腦，整套系統(tǒng)也存在很多缺點(diǎn)，便表示將承包霍金的硬件設(shè)備，霍金欣然接收。

英特爾重新設(shè)計(jì)了霍金的輪椅，將計(jì)算機(jī)集成在輪椅上，用輪椅的電池供電，并且承諾每隔兩年將硬件升級(jí)一次。

歲月如刀，不僅奪走了霍金的運(yùn)動(dòng)能力、發(fā)聲的能力，甚至連最后能活動(dòng)的三根手指頭也不放過。2005年起，霍金只能用一根手指操作整臺(tái)輪椅了，短短三年之后，他已經(jīng)連手指都無法控制了，僅剩下面部的部分肌肉可以活動(dòng)，他的裝備面臨又一次的大改造。

霍金的研究生助理靈機(jī)一動(dòng)，為他設(shè)計(jì)了一個(gè)“cheek switch”裝置，這個(gè)裝置可以安裝在眼鏡框上，用紅外線檢測(cè)霍金右臉頰的一塊肌肉活動(dòng)。

霍金眼鏡右側(cè)懸掛的裝置便是紅外傳感器

這種控制方法類似于智能手機(jī)上的距離感應(yīng)傳感器，傳感器發(fā)射肉眼不可見的紅外光束，根據(jù)目標(biāo)物反射的強(qiáng)度檢測(cè)距離?；艚鹗湛s面部肌肉，傳感器接收到一個(gè)變化的信號(hào)，則反饋給電腦一個(gè)確認(rèn)動(dòng)作。這種方式可以完全替代之前使用的手動(dòng)點(diǎn)擊操作，并且不改變?cè)瓉淼牟僮鬟壿嫛?/p>

霍金打字時(shí)只要輕微地抽動(dòng)面部肌肉

隨著霍金輪椅的升級(jí)，他也從用“一根手指闖天下”進(jìn)化為“一塊肌肉的表演藝術(shù)”，但霍金的“說話”速度還是降到了每分鐘5-6個(gè)單詞。

好景不長，很快霍金的輸入效率就大幅下降之每分鐘一個(gè)單詞，他面部的肌肉也開始退化，無法精準(zhǔn)地控制，常常陷入選錯(cuò)字母的困境，只好再度求助于英特爾團(tuán)隊(duì)。

在英特爾的實(shí)驗(yàn)室里，霍金花了足足20分鐘才“說”出了大概30詞的問候語，打字時(shí)霍金的痛苦與無奈工程師們都看在眼里，也都十分希望能幫到霍金教授。

他們?cè)紤]過使用最新的技術(shù)來挽救這個(gè)過時(shí)的系統(tǒng)，例如眼球追蹤技術(shù)。眼球追蹤技術(shù)雖然聽起來高大上，實(shí)際上原理也并不復(fù)雜，簡(jiǎn)單來說就是通過檢測(cè)眼部的細(xì)微運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操控，看哪指哪。

最先進(jìn)的解決方案采用紅外線投射方式，在30英寸的屏幕上，能精確控制到1厘米以內(nèi)，在一定程度上可以代替鼠標(biāo)的操作。不過霍金的病情已經(jīng)造成了嚴(yán)重的眼瞼下垂，眼球追蹤技術(shù)無法準(zhǔn)確鎖定霍金的目光，此方案被放棄。

除了眼球追蹤技術(shù)，工程師們還讓霍金嘗試了頗為科幻的腦電波識(shí)別技術(shù)。很多人心目中對(duì)腦電波技術(shù)的理解是所謂的“心想事成”，被操控設(shè)備可以準(zhǔn)確理解使用者的想法，實(shí)際上目前的技術(shù)還遠(yuǎn)達(dá)不到。

能夠被清晰識(shí)別的腦電波信號(hào)往往都是一些身體動(dòng)作控制信號(hào)，例如握拳、面部表情、抬手等，這些信號(hào)就相當(dāng)于一個(gè)一個(gè)的按鍵，給每個(gè)信號(hào)設(shè)定好功能便能工作。至于腦海深處的思維，目前還沒辦法能解讀，所以目前也不用擔(dān)心被人竊取思想。

也許是因?yàn)榛艚鸢c瘓多年，大腦對(duì)肢體的控制功能已經(jīng)退化了，即便是戴上專業(yè)的腦電波帽也無法檢測(cè)出強(qiáng)度足夠的信號(hào)。除此之外，腦電波識(shí)別技術(shù)還需要經(jīng)過大量的訓(xùn)練才能夠有比較高的識(shí)別率，這點(diǎn)對(duì)于年過七旬的霍金爺爺來說難度不小，他本人也不太愿意改變用了幾十年的這套操作邏輯，畢竟是個(gè)念舊的人。

沒辦法，工程師團(tuán)隊(duì)只好另辟蹊徑，將重點(diǎn)放在了改善軟件輸入效率的方向上。他們仔細(xì)認(rèn)真的觀察了霍金輸入時(shí)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，發(fā)現(xiàn)了很多問題。令他們驚訝的是，已經(jīng)是21世紀(jì)了，霍金還在一個(gè)一個(gè)字母地完整拼寫單詞，除了他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男愿裢猓溆嗟目峙逻€要“歸功于”這套古老的軟件。

由Words+開發(fā)的軟件雖一直在更新，但聯(lián)想功能依舊十分薄弱

團(tuán)隊(duì)找來了在智能手機(jī)輸入法領(lǐng)域備受好評(píng)的SwiftKey公司合作，他們采集了霍金的大量文檔，分析詞頻以及上下文關(guān)聯(lián)，在霍金輸入時(shí)會(huì)給出最合適的預(yù)測(cè)詞。比如輸入“Stephen”，軟件會(huì)聯(lián)想出“Hawking”，不再需要逐個(gè)輸入字母，相信絕大多數(shù)智能手機(jī)的用戶都很熟悉這套邏輯。

SwiftKey強(qiáng)大的單詞聯(lián)想功能

同時(shí)新軟件還添加很多便捷操作，包括一鍵靜音，全屏幕任意位置的鼠標(biāo)點(diǎn)擊功能，快速搜索還有電子郵件。用上新軟件，霍金的輸入效率高了10倍，還能方便的用Firefox瀏覽器上網(wǎng)。去年，霍金還開通了微博，親自發(fā)博文與中國網(wǎng)友交流，嚇得網(wǎng)友們紛紛表示“在做夢(mèng)”。

我夢(mèng)到了霍金開微博

霍金也毫不掩飾對(duì)新軟件的喜愛，大贊這次革命性的升級(jí)，他說“希望它在接下來的20年繼續(xù)為我服務(wù)。”

英特爾團(tuán)隊(duì)看到了這套新軟件的成功，也打算以此幫助更多的殘疾人，他們開放了這套ACAT(Assistive Context-Aware Toolkit)軟件的源代碼，將其托管在著名開源社區(qū)GitHub，免費(fèi)讓殘障人士用上霍金同款軟件的同時(shí)也希望眾人拾柴火焰高，在更多開發(fā)者的維護(hù)下能不斷完善這套軟件。

霍金同款的ACAT輔助軟件

除了在給霍金的輪椅提供計(jì)算機(jī)技術(shù)支持外，英特爾團(tuán)隊(duì)也改進(jìn)了輪椅的很多設(shè)計(jì)，包括改善人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，搭載更高性能的控制系統(tǒng)，整合健康監(jiān)測(cè)和生命維持裝置。同時(shí)，他們也推出了伽利略、愛迪生開發(fā)工具包，推動(dòng)智能物聯(lián)網(wǎng)輪椅的開發(fā)，致力于讓殘障人士享受更便利的生活。

有這么一句古話說“時(shí)勢(shì)造英雄”，放在今天看，這句話可能已經(jīng)不怎么準(zhǔn)確了，霍金的傳奇用“時(shí)代救天才”來形容可能更為準(zhǔn)確?；艚疒s上了好的時(shí)代，也選對(duì)了人生的路，他曾在自己的視頻短片中說過：“醫(yī)藥沒有治愈我的疾病，所以我更依賴于科技。”

有人說科技違背了優(yōu)勝劣汰的法則，它拯救了太多本應(yīng)該被“淘汰”的人;可如果沒有科技，全人類可能都是應(yīng)該被“淘汰”的弱者，霍金的故事其實(shí)也是人類的故事。