译者：斯眉 原文地址：smithsonianmag.com
贝托尔特·迈耶将左前臂取下递给我。它看起来光滑而黝黑，手上还有一副透明的硅胶套，如同苹果手机套一般。在强韧的皮肤下面，是机械手指骨骼，就像你在科幻电影中看到的那样——迈耶称之为“酷元素”。
我将这手臂握在手中。“这么轻，”我说。“是啊，只有几磅重，”他答。
我尽量不盯着他的手臂残肢，那里是假肢的安装位置。迈耶给我解释如何使用假肢。该装置通过吸力附着于人体，残肢上有一层硅胶护套，有助于使假肢与断肢严丝合缝。“它得既舒适又贴身才行，”他说。
“我能摸摸吗？”我问。“可以，”他说。我的手沿着有粘性的硅胶滑过，心中的不安都打消了。或许这假肢看上去奇怪，摸上去却让人觉得既结实又健康。
33岁的迈耶体型清瘦，皮肤略黑，面容和善，是德国汉堡人，现居瑞士。他出生时，左肘下的小臂只有一英寸左右，从三个月大时，便开始断断续续佩戴假肢。第一副假肢是不会动的，只是让他年幼的大脑习惯于将外来物附着在自己的身体上。五岁时，他得到一只钩子，可以通过绑在双肩上的束带加以控制，不过他不怎么戴，一直到12岁参加了童子军时，佩戴的次数才多起来。他说，“因为老得戴着束带，肢体下端非常不舒服。”
最新的替代品是一只仿生手，每根手指都有独立的马达驱动。塑模前臂内装两只电极，可以接受残肢发出的肌肉信号：比如向某个电极发出一个信号，就可以把手张开，向另一个电极发出信号，就会把手合拢。如果同时刺激两个电极，迈耶还可以360度转动手腕，够吓人的！“我把这比喻成学习怎样平行停车，”迈耶边说边转着手腕张开手。刚开始是有点费劲儿，但可以掌握。
这一机械奇迹的制造商触摸仿生公司称其为“i肢”。这个名字绝不仅仅是为了促销。改进后的软件、更持久耐用的电池和更小巧低耗的微处理器，这些推动个人电子革命的技术开辟了仿生学的新纪元。除了功能更加多样、使用更人性化的假肢之外，研究人员还开发了一些人造脏器的功能性原型，可以代替人们的脾、胰脏或肺。一项将大脑连接到计算机的植入试验为四肢麻痹患者控制假肢带来了希望。此类仿生奇迹将越来越多地进入我们的生活和身体，我们的身体从未如此具有可替换性。
我与迈耶的见面时间是某个夏日，地点在伦敦一家19世纪风格的饼干厂院内。迈耶是苏黎世大学的社会心理学家，不过，在假体修复方面的亲身经历使他对仿生技术有着一种痴迷。他说，特别是在过去五年里，他见证了创新的爆炸式激增。当我们喝咖啡聊天时，机械师们正在附近一座建筑里为一次新奇的展示而忙碌着。在过去的几个月里，他们一直在收集来自世界各地的义肢和人造器官，将其组装成一个名叫“仿生人”的人工结构。你可以通过10月20号史密森尼频道播出的纪录片里来了解他们的惊人成果。
工程师们所设计的仿生人可以在失去身体的情况下，对几个部件进行独立的人工控制。例如，尽管机器人安装有四肢，但不具备神经系统或大脑，因此无法动作。与之相反，仿生人可以通过电脑和特别设计的接口硬件进行远程控制，蓝牙设备也能操作i肢。尽管如此，机器人生动真实地为我们展示出，人类有多少身体部件可以被替换为电路、塑料和金属。为了增加戏剧效果，仿生人的脸是迈耶面部的硅胶复制品。
该项目的执行经理瑞奇·沃克表示，他的团队可再造人体半数以上的器官。他说，不仅是他，“甚至那些曾经研究人造器官的研究员们”都在为仿生学的进步惊叹不已。尽管众多人工器官尚不能在同一个人体中共同发挥作用，但这种情况已经切实地将一个问题摆在生物伦理学家、神学家和其他人面前：人的身体器官被替换到何种程度，尚可称之为人？对很多人而言，标准在于替换后的设备能否增强或干扰病人他人建立联系的能力。例如大家都有一种共识，让中风患者恢复人体活动或者让盲人恢复视力，都不会使人变得“非人化”。但如果有一天将人脑换成半人造超级电脑呢？或者是赋予人们感知光的波长、声音的频率、甚至是能量来源等远超我们自身之外的能力呢？从严格意义上讲，无论此类能力强化是否意味着对原始模型的改进，这样的人或许都不能再被称为“人类”了。
我第一次见到工程师们研究仿生人时，这些大问题似乎还远着呢。 它顶多还是一堆尚未组装的零部件，毫无个性可言。然而，将双臂和双腿被摆上一张黑色长桌后，人的身形呼之欲出。迈耶本人在谈及他的假肢性能时说，他第一次使用兼具美学和工程学功能的假肢，感觉简直像自己身体的一部分。
i肢的创造者苏格兰工程师戴维·高说，修复领域最大成就之一是使截肢患者再次感到肢体完整，且不再因佩戴假肢而感到尴尬。“实际上，病人很愿意用仿生手与别人握手，”他说。
56岁的高一直痴迷于应对假肢设计的挑战。在国防工业短暂工作一段时间后，他成为政府研究医院的一名工程师，试图开发电动假肢。在尝试找出设计一只适合儿童使用的小型假手时，他有了第一次突破。他不是按标准做法使用一台中央电动机，而是把小型电动机置入到大拇指和每根手指中。这一创新既减小了手的尺寸，还为多关节手指的研发铺平了道路。
模块化设计随后成为i肢的基础：每根手指采用0.4英寸的电动机，当传感器显示有足够压力举起物体时，电动机便自动关闭。这不仅可防止假手打碎东西，比如一只泡沫杯子，还可调整握力大小。当四指和拇指同时降低高度时，即可产生一种“大握力”，能够搬运大型物体。另一种握力是通过拇指与食指相接触而形成的，允许用户举起一只盘子或（旋转手腕）将钥匙插进锁孔。技术员或用户可通过预设握力配置菜单对i肢的小电脑进行编程。每一次调节可引起某块特定肌肉的运动，需要大量练习和实践才能使用自如。今年4月发布的i肢最新替代品更进一步：在iPhone上下载一款应用程序，让用户只需点击一个按钮，即可进入菜单，预设24种不同握力。
休·赫尔是一名生物物理学家和工程师，麻省理工学院技术媒体实验室生物电子机械工程学小组的主管。对他而言，假肢修复学正在经历飞速发展的阶段，赫尔预计，到21世纪末，大多数肢体障碍者都可以摆脱残障之苦。如果真能如其所愿，很大程度上要感谢赫尔自身的努力。1982年，因攀登新罕布什尔州的华盛顿山，17岁的赫尔被困于一场暴风雪中。三天半后他成功获救，但冻伤严重，外科医生必须截掉他双腿的膝盖以下部位。赫尔决心再次攀登高峰，但安装的假腿只具有基本功能，仅能靠它缓慢行走。因此，赫尔开始自己设计假肢，对其进行优化，使假肢在崎岖狭窄、怪石嶙峋的山路上也能保持平衡。30多年后的今天，他已拥有或共同拥有十几项与假肢技术相关的专利，其中包括可通过计算机控制的人工膝关节，可自动适应不同行走速度。
赫尔本人使用八种用途各异的假肢，分别是为跑步、攀冰和游泳等活动专门设计的。他说，设计一种“像人类的身体一样完成很多任务”的假肢是极其困难的，但他相信，“像人腿那样既能走又能跑”的假肢，只需一二十年即可问世。
已知最古老的假肢大约出现在3000年前的埃及，在那里考古学家出土了一只木雕脚趾，附着在一块皮革上，脚刚好可以伸到里面。功能性机械四肢直到16世纪才出现，当时法国一位名叫安布鲁瓦兹·帕里的战地外科医生发明了一种假手，可通过钩子和弹簧灵活操纵手指。他还制造了一条机械膝盖，使用者站立时可以锁定在那个位置。但这种进步纯属例外。纵观人类的大部分历史，失去肢体的人们很可能受到感染而死亡，天生肢体不全的人往往会被遗弃。
在美国，假肢在南北战争时期开始被广泛使用。切断骨折的手臂或腿部是防止坏疽的最好方法，有经验的外科医生只需几分钟即可完成麻醉、截肢和缝合。在美国南北，大约有6万人实行了截肢，存活率为75%。战争结束后，假肢需求暴涨，政府介入其间，为退伍军人提供资金购买新的假肢。随后的战争使假肢制造日新月异。在第一次世界大战中，仅在德国就有6.7万人截肢，医生们研制出新的手臂，以便使退伍军人重新回到工厂从事手工作业。二战后，塑料、钛等新材料进入假肢制造业。“你可以在每次战争和冲突时期发现重大创新，”赫尔说。
伊拉克和阿富汗的战争也不例外。自2006年以来，美国国防部高级研究计划局已经在假肢研究中投入约1.44亿美元，帮助了大约1800名受伤截肢士兵。
其中一些投资用于赫尔最著名的发明——为失去单腿或双腿膝盖以下部位的人们设计的仿生脚踝。该产品俗称“爱步”(BiOM)，由赫尔的公司iWalk（目前，带有小写字母“i”的产品名称在假肢行业很流行）对外销售。这套设备安装有传感器、多个微处理器和电池，支持使用者向前迈出每一步，帮助截肢者重获失去的行走能量。布朗大学整形外科教授、布朗/退伍军人医疗中心恢复和再生医学中心主任罗伊·亚伦说，用户反馈说，使用爱步（BiOM）的感觉就像大步行进在机场的自动步道上。
赫尔设想，有朝一日，爱步之类的假肢修复设备可以和人类的身体结合在一起。佩戴假肢时，截肢患者有时必须忍受擦伤和溃疡，也许有一天他们可以借助一根钛金属棒，将假肢直接安装在骨头上。
迈克尔·麦克劳林，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室主导开发先进假肢的工程师，也希望看到仿生肢体与人体更好地结合。模块化假肢，一个由约翰·霍普金斯大学实验室制造的人工手臂-手机械装置，设有26个关节，由17台电机单独控制，“可以完成正常肢体所能做到的每个动作，”麦克劳林说。但模块化假肢的复杂运动受限于当前人体神经系统互动的技术水平。（这就好比是一台尖端个人电脑以蜗牛般的速度连接互联网）。人们所需要的是一种提高数据流的方法，或许可通过与大脑本身建立直接上传路径得以实现。
2011年4月,布朗大学的研究人员获得了突破，把一个机械手臂直接连接到凯西·哈钦森的大脑。她是一位58岁的四肢瘫痪病人，没有能力移动自己的胳膊和腿。结果，视频捕捉到令人震惊的画面：凯西可以拿起瓶子，把它送到嘴边喝水了。
这项壮举之所以成为可能，是因为神经外科医生在凯西的头骨上打一个小洞，把一片儿童剂量阿司匹林大小的传感器植入她的大脑运动皮层，来控制她的身体动作。传感器外部有96只细如发丝的电极，可以检测到神经元发出的电子信号。当一个人想完成某个具体的肢体动作，比如抬起左胳膊或用右手抓起瓶子时，神经元就会触发与该动作相关的特定电脉冲模式。在哈钦森的病例中，神经科学家首先让她在脑子里想象一系列身体动作；大脑每开动一下，植入她脑中的电极就会捕捉到神经元发出的电子模式，并通过电缆，将它传送到摆在她轮椅旁的外部计算机上。接下来，研究人员将每一种模式编译成一个命令代码，上传到仿生手臂的电脑上，让她可以用大脑来控制机械手。“整个研究浓缩在一帧视频画面里，那就是凯西微笑着放下瓶子，”布朗大学神经学家约翰·多诺霍说，他是这项研究计划的另一位负责人。
多诺霍希望该研究能够最终将大脑与仿生肢体的直接互动变为可能。另一个目标是开发一款植入体，用于无线记录和传输数据。这种做法可以消除目前连接大脑与计算机的电线，允许使用者到处活动，并降低电线穿透皮肤的感染风险。
也许人造器官发明者所面临的最棘手挑战来自人体的防御系统。“如果你把什么东西放进去，整个人体的免疫系统会试图将其孤立起来，”琼·泰勒教授说，她是英国德蒙特福德大学的制药学教授，正在研发一种人工胰脏。她的设备设计巧妙，不含电路、电池或移动部件。相反，泰勒发明了一种胰岛素储存器，由独特的凝胶阻片进行调节。当血糖水平升高时，人体组织中多余的葡萄糖会注入凝胶，使其软化并释放胰岛素。然后，当葡萄糖水平降低时，凝胶重新变硬，减少胰岛素的释放。人工胰脏将被植入在最末一节肋骨和臀部之间，由两根细导管连接到皮下的接口。每隔几周，一种与接口大小适宜的注射器就会连接到胰岛素储存器，将其注满。
面临的挑战是，当泰勒在猪身上测试该设备时，这种动物的免疫系统发生反应，形成了疤痕组织，又被称为粘连。“它们好像粘在内部器官上，”泰勒说，“造成收缩，这会很疼，还会导致严重的问题。”不过，糖尿病是一个普遍问题，多达2600万美国人受此困扰。泰勒正在动物身上测试人工胰脏，力求在给人进行临床试验之前解决排异问题。
对于一些人工器官的制造商来说，主要问题是血。当遇到外来物质时，血液就会凝结。在制造有效的人工肺方面，这个障碍尤其显著，因为人工肺叶必须允许血液通过纤细的合成血管。泰勒和其他研究人员与生物材料专家和外科医生合作，后者正在开发新的覆层和技术，以改善人体对外来物质的接受能力。她说“我想，随着经验的增多和专家的帮助，这是可以做到的。”但是泰勒说，在继续研究之前，需要找到一位合作伙伴，获得更多资金。
然而私人投资者可能难以介入，因为大体可能需要数年时间才能实现技术突破，并使这项发明有利可图。亚利桑那州的辛卡迪亚系统公司生产一种人工心脏装置，每个钟可泵血2.5加仑。该公司成立于2001年，直到2011年才扭亏为盈。最近，他们开发出一款便携式压缩机，由电池驱动，重量仅为13.5磅，可以让病人摆脱医院的束缚。美国FDA已经批准等待心脏移植的晚期双心室障碍患者使用辛卡迪亚全人工心脏。
仿生手和仿生腿的制造商也要打一场艰巨的金融战。“你的产品很高端，但市场很小，这极具挑战性，”麦克劳林说，“不像投资Facebook或谷歌，投资假肢制造不会让你大赚数十亿美元。”同时，在未来几年，用于改进假肢的政府资金可能更加紧缩。整形外科医生罗伊·亚伦预测，“随着战争趋近尾声，这一类研究经费会削减。”
然后是购买假肢或人造器官的成本。伍斯特理工学院最近发表的一项研究发现，机械上肢假肢的花费是2-12万美元。尽管一些私人保险公司会承担50-80%的费用，但其他保险公司均有支付限额，或在病人一生，保险金只能涵盖一件设备。众所周知，保险公司都在质疑，最先进的假肢是否“在医学上是必要的”。
赫尔相信，保险提供商需要全盘再考虑一下成本效益分析。他认为，尽管最新仿生假肢的每个部件都比不太复杂的设备更为昂贵，但在病人的整个一生中，它们减少了医疗保健支出。“当腿部截肢人士使用低技术假肢时，会出现种种关节状况、膝关节炎、髋关节炎，为此他们要不断使用止痛药，”赫尔说，“他们不能多走路。而行走困难将导致心血管疾病和肥胖症。”
然而另一些趋势表明，人造假肢和器官可能会继续改善，并变得更便宜。在发达国家，人们比以前活得更长，却越来越多地面临着一部分或另一部分身体故障。在美国，下肢截肢的第一病因不是战争，而是糖尿病。在该病的后期阶段，尤其在老年人中，四肢血液循环会出现障碍。此外，多诺霍相信，他正在研究的大脑修复接口可以用于中风病人，也可以帮助患有神经退化性疾病的病人在一定程度上恢复正常生活。“我们还没有走到那一步，”多诺霍承认，并补充说：“早晚会有那么一天，当有人患有中风时，如果我们不能在生物学上修复，就可选择采取一种技术，重新连接他们的大脑。”
上述技术中，绝大部分还有很长的路要走，但如果有人将从中受益，那一定是帕特里克·凯恩，这位15岁少年非常健谈，戴着粗框眼镜，有一头纤细的金发。出生后不久，他遭受了重度感染，医生被迫截掉了他的左臂及右腿膝盖以下的部分。在所有配备迈耶给我看的那款仿生假肢的人中，他是最年轻的人之一。
凯恩最喜欢的是这种假肢给他的感觉。“以前，人们看到我会惊呼‘哦，他怎么了？可怜的人，’诸如此类的，”他说，此刻我们正坐在伦敦的一家咖啡馆里。“现在，他们说‘噢？那是什么？真酷！’”果然不出所料，坐在旁桌的一位老年人附和道：“我想告诉你，它看起来太棒了，像蝙蝠侠的手臂！”凯恩为此人做了一个示范。这类技术不仅改变了他的行动举止，还改变人们对他的看法。
我向凯恩询问一些更尖端的科技发展，它们可能在未来几十年为他所用。想要把假肢固定在骨骼系统中吗？并不是这样。“我喜欢能够将它脱下，再次还原成自己，”他说。直接将假肢手臂与大脑相连呢？“我认为那会非常有趣，”他说，但却担心出错。
不管接下来会发生什么，凯恩的未来都可能充满科技奇迹——新的双手双脚使他更为接近所谓体格健全人的能力，甚至有所超越。或许进展来得没那么快。当我看到他快速穿过马路走向巴士站时，我突然想到，无论怎样他都会活得不错。