Stephen Hawking revoliucinis vežimėlis: technologijos, pakeitusios mokslininko gyvenimą

Kai kūnas atsisakė klausyti, technologijos tapo balsu

Stephen Hawking istorija – tai ne tik pasakojimas apie genialų fiziką, bet ir apie tai, kaip technologijos gali suteikti žmogui galimybę bendrauti, kurti ir keisti pasaulį net tada, kai kūnas beveik visiškai nebeklauso. 1963 metais, būdamas vos 21-erių, Hawking sužinojo diagnozę – amiotrofinė lateralinė sklerozė (ALS), liga, kuri palaipsniui paralyžiuoja visus kūno raumenis. Gydytojai davė jam gyventi tik kelerius metus, tačiau jis nugyveno dar daugiau nei 50 metų ir tapo vienu žinomiausių mūsų laikų mokslininkų.

Tai, kas leido Hawking’ui ne tik išgyventi, bet ir toliau dirbti, buvo nuolatinė technologijų evoliucija. Jo motorinis vežimėlis ir komunikacijos sistema tapo neatskiriama jo asmenybės dalimi – tiek, kad daugelis žmonių net neįsivaizdavo jo be to sintetinio balso ir sudėtingo vežimėlio su ekranais bei valdymo sistemomis.

Pradžia: kai dar veikė rankos

Pirmaisiais ligos metais Hawking dar galėjo vaikščioti su lazdele, o vėliau pradėjo naudoti paprastą rankinį invalidų vežimėlį. Tuo metu jo komunikacija dar nebuvo labai sutrikusi – nors kalba tapo neaiški, artimieji ir kolegos jį suprato. Jis galėjo rašyti, nors ir labai lėtai, o paskaitas skaitydavo su asistentų pagalba.

Tikroji technologinė revoliucija prasidėjo aštuntajame dešimtmetyje, kai liga pradėjo progresuoti sparčiau. 1985 metais Hawking’ą ištiko sunkus plaučių uždegimas, ir gydytojai turėjo atlikti tracheostomiją – operaciją, per kurią į gerklę įdedama vamzdelis kvėpavimui palengvinti. Ši procedūra išgelbėjo jam gyvybę, bet atėmė galimybę kalbėti. Būtent tada ir prasidėjo tikroji žmogaus ir mašinos simbiozė.

Pirmoji kalbos sintezavimo sistema

Po operacijos Hawking’as kurį laiką bendravo rodydamas į raides specialioje lentelėje. Žmona ar slaugytojos turėdavo spėlioti, kokią raidę jis rodo akimis ar galvos judesiais. Tai buvo neįtikėtinai lėtas ir varginantis procesas – vieno sakinio suformavimas galėjo užtrukti kelias minutes.

Laimė, Kalifornijos kompiuterių inžinierius Walter Woltosz sukūrė programą „Words Plus Equalizer” – tai buvo viena pirmųjų tekstų įvedimo sistemų, skirta žmonėms su negalia. Sistema veikė gana paprastai: ekrane pasirodydavo raidės ir žodžiai, o vartotojas galėjo juos pasirinkti paspausdamas mygtuką. Hawking’ui tai buvo tikra revoliucija – jis galėjo formuoti sakinius daug greičiau, o programa net mokėsi dažniausiai naudojamų žodžių ir siūlydavo juos automatiškai.

Prie šios sistemos buvo prijungtas kalbos sintezatorius „CallText 5010” – įrenginys, kuris paversdavo tekstą į garsą. Būtent šis sintezatorius ir sukūrė tą charakteringą roboto balsą su lengvu amerikiečių akcentu, kuris tapo neatskiriama Hawking’o tapatybės dalimi. Įdomu tai, kad vėliau, kai technologijos pažengė į priekį ir atsirado natūraliau skambantys sintetiniai balsai, Hawking’as atsisakė juos naudoti – jis jautėsi, kad tas roboto balsas jau tapo jo balsu.

Kaip valdyti kompiuterį, kai nejuda rankos

Pirmaisiais metais naudodamas kalbos sintezatorių, Hawking’as valdė sistemą specialiu mygtuku, kurį laikė rankoje. Tai buvo paprastas spynelės tipo jungiklis – paspaudimas reiškė pasirinkimą. Sistema veikė skenavimo principu: raidės ir žodžiai ekrane paeiliui paryškindavo, o Hawking’as turėjo paspausti mygtuką reikiamu momentu.

Bet liga nesitraukė. Devintajame dešimtmetyje ir vėliau Hawking’o rankų raumenys vis labiau silpo. Inžinieriai turėjo nuolat ieškoti naujų būdų, kaip jis galėtų valdyti sistemą. Kurį laiką jis naudojo galvos judesius – specialus jutiklis ant akinių rėmelio fiksavo net mažiausius galvos pakreipimus.

2005 metais situacija tapo kritinė – Hawking’as beveik visiškai prarado galimybę judinti rankas ir galvą. Tačiau vienas raumenų grupė dar veikė – skruosto raumenys. Intel inžinieriai sukūrė specialų infraraudonųjų spindulių jutiklį, kuris buvo pritvirtintas prie akinių ir nukreiptas į skruostą. Kai Hawking’as sutraukdavo skruosto raumenį (tai atrodė kaip lengvas šypsenos judesys), jutiklis tai užfiksuodavo ir perduodavo signalą kompiuteriui.

ACAT sistema – tikras technologinis šedevras

2011 metais Intel komanda, vadovaujama inžinieriaus Lama Nachman, sukūrė visiškai naują sistemą, pavadintą ACAT (Assistive Context-Aware Toolkit). Tai buvo ne tiesiog komunikacijos programa, o išties sudėtinga dirbtinio intelekto sistema, kuri mokėsi iš Hawking’o įpročių ir prisitaikė prie jo poreikių.

ACAT turėjo kelis revoliucinius privalumus. Pirma, ji naudojo pažangius žodžių prognozavimo algoritmus – sistema analizavo Hawking’o ankstesnius tekstus, jo mokslinius darbus, net el. laiškus, ir galėjo numatyti, kokį žodį jis greičiausiai norės parašyti toliau. Tai gerokai paspartino rašymo procesą.

Antra, sistema buvo integruota su visomis kasdienėmis funkcijomis. Hawking’as galėjo ne tik rašyti tekstus ir kalbėti, bet ir naršyti internete, rašyti el. laiškus, net redaguoti savo mokslinius darbus. Jis galėjo valdyti PowerPoint pristatymus per paskaitas, atidaryti duris savo namuose, net valdyti televizorių.

Trečia, ACAT buvo suprojektuota taip, kad veiktų labai greitai net su senu kompiuteriu. Tai buvo svarbu, nes Hawking’o vežimėlis turėjo ribotą energijos tiekimą, ir galingas kompiuteris būtų per greitai išsekęs bateriją.

Vežimėlis, kuris tapo legenda

Pats motorinis vežimėlis taip pat buvo technologijų šedevras. Nors iš išorės jis atrodė kaip gana standartinis elektrinis invalidų vežimėlis, viduje slėpėsi sudėtinga sistema. Vežimėlio pagrindas buvo „Permobil” kompanijos gaminys – švedų įmonės, kuri specializuojasi aukštos kokybės mobiliuosiuose įrenginiuose neįgaliesiems.

Ant vežimėlio buvo sumontuotas kompiuteris su specialia baterija, kuri leisdavo dirbti visą dieną. Ekranas buvo pritvirtintas ant reguliuojamos rankenos, kad Hawking’as galėtų jį matyti patogiausioje padėtyje. Kalbos sintezatorius buvo integruotas į vežimėlio garsiakalbius – taip jo „balsas” sklisdavo tiesiogiai iš vežimėlio, o ne iš atskiro įrenginio.

Vežimėlis turėjo ir daugybę saugumo sistemų. Jutikliai užtikrindavo, kad jis nesusidurtų su kliūtimis, o specialūs stabdžiai automatiškai suveikdavo ant nuokalnių. Tai buvo ypač svarbu, nes Hawking’as negalėjo fiziškai kontroliuoti vežimėlio judėjimo – jis buvo nustatytas judėti iš anksto numatytais maršrutais arba buvo valdomas asistentų.

Kai akys tampa valdymo įrankiu

Paskutiniais gyvenimo metais Hawking’o būklė dar pablogėjo – net skruosto raumenų kontrolė tapo sudėtinga. Intel inžinieriai pradėjo eksperimentuoti su akių sekimo technologija. Idėja buvo paprasta: specialios kameros stebi akių vyzdžių judėjimą, ir žmogus gali valdyti kompiuterį tiesiog žiūrėdamas į ekrano dalis.

Tačiau Hawking’o atveju tai buvo sudėtinga. Jo akių judesiai dėl ligos ir amžiaus tapo lėtesni ir ne tokie tikslūs. Be to, jis dėvėjo akinius, kurie atspindėdavo šviesą ir trukdė kamerai tiksliai sekti vyzdžius. Inžinieriai išbandė kelias skirtingas sistemas, bet galiausiai Hawking’as nusprendė likti prie skruosto raumens valdymo – jam tai buvo patogiau ir greičiau.

Vis dėlto akių sekimo technologija buvo įdiegta kaip atsarginė sistema. Jei kada nors skruosto raumenys visiškai atsisakytų veikti, Hawking’as galėtų pereiti prie akių valdymo. Tai rodo, kaip svarbu buvo turėti atsarginius planus – technologijos turėjo būti ne tik pažangios, bet ir patikimos.

Greitis ir efektyvumas: kodėl svarbi kiekviena sekundė

Vienas didžiausių iššūkių buvo komunikacijos greitis. Su ACAT sistema Hawking’as galėjo parašyti apie 5-6 žodžius per minutę – tai maždaug dešimt kartų lėčiau nei vidutinis žmogus kalba. Tai reiškia, kad vieno sakinio suformulavimas užtrukdavo 10-15 sekundžių, o ilgesnio atsakymo – kelias minutes.

Todėl žodžių prognozavimas buvo kritiškai svarbus. Sistema turėjo ne tik siūlyti dažniausiai naudojamus žodžius, bet ir suprasti kontekstą. Jei Hawking’as rašė apie juodąsias skyles, sistema turėjo siūlyti mokslinius terminus, o jei rašė asmeninį laišką – kasdienius žodžius.

Intel komanda nuolat tobulino algoritmus. Jie analizavo, kokius žodžius Hawking’as renkasi dažniausiai, kokios frazės kartojasi, net kokiu paros metu jis linkęs rašyti apie tam tikras temas. Visa ši informacija buvo naudojama sistemai optimizuoti.

Įdomu tai, kad Hawking’as turėjo išsaugotų šimtus dažniausiai naudojamų frazių – nuo „Ačiū” iki sudėtingų mokslinių paaiškinimų. Tai leido jam greitai reaguoti į klausimus per paskaitas ar pokalbius. Jis galėjo pasirinkti paruoštą frazę vienu mygtuko paspaudimu, užuot rašęs ją iš naujo.

Kai technologijos tampa meno dalimi

Laikui bėgant Hawking’o vežimėlis ir sintetinis balsas tapo kultūros ikona. Jis pasirodė daugybėje televizijos laidų, filmų, net animaciniuose serialuose kaip „Simpsonai” ir „Futurama”. Jo balsas buvo naudojamas Pink Floyd dainoje „Keep Talking”. Tai, kas pradžioje buvo tiesiog medicininė pagalbos priemonė, tapo jo asmenybės dalimi.

Kai 2014 metais buvo sukurtas filmas „Visatos teorija” apie Hawking’o gyvenimą, aktorius Eddie Redmayne praleido daug laiko stebėdamas, kaip Hawking’as juda ir bendrauja. Jis pastebėjo, kad net su visais fiziniais apribojimais Hawking’as mokėjo perteikti emocijas – per vienintelį judantį skruosto raumenį, per akių žvilgsnį, net per tai, kaip jis pauzuodavo prieš atsakydamas.

Pats Hawking’as kartą juokavo, kad jo kompiuterizuotas balsas turi vieną didelį privalumą – jis niekada neužkimsta ir visada skamba vienodai, nesvarbu, kokia jo nuotaika. Tačiau artimieji pasakojo, kad jie mokėjo „perskaityti” jo emocijas iš to, kaip greitai jis atsakydavo, kokius žodžius rinkdavosi, net iš mažų akių judesių.

Palikimas, kuris keičia milijonų gyvenimus

2015 metais Intel nusprendė padaryti ACAT sistemą nemokama ir atviro kodo. Tai reiškia, kad bet kas gali ją atsisiųsti, pritaikyti savo poreikiams ir naudoti. Šis sprendimas buvo priimtas Hawking’o iniciatyva – jis norėjo, kad technologijos, kurios jam padėjo, būtų prieinamos visiems žmonėms su panašiomis negaliomis.

Šiandien ACAT sistema yra naudojama visame pasaulyje. Ji buvo pritaikyta įvairioms ligoms – ne tik ALS, bet ir cerebriniam paralyžiui, stuburo traumoms, insulto pasekmėms. Inžinieriai įvairiose šalyse kuria savo versijas, prideda naujus valdymo būdus, integruoja su vietinėmis kalbomis.

Technologijos, kurios buvo sukurtos Hawking’ui, paskatino ir kitų pagalbinių sistemų kūrimą. Akių sekimo technologija dabar naudojama ne tik komunikacijai, bet ir meno kūrimui – yra menininkų, kurie piešia tik akimis. Smegenų-kompiuterio sąsajos, kurios buvo eksperimentuojamos kaip galimas būsimas Hawking’o valdymo metodas, dabar vystomas kaip būdas grąžinti judėjimo galimybę paralyžuotiems žmonėms.

Hawking’o vežimėlis ir komunikacijos sistema parodė, kad technologijos gali ne tik palengvinti gyvenimą, bet ir suteikti žmogui galimybę išlikti savimi, tęsti savo darbą, bendrauti su pasauliu. Jis įrodė, kad fizinė negalia neturi riboti proto ir kūrybiškumo. Jo palikimas – tai ne tik moksliniai darbai apie juodąsias skyles ir visatos kilmę, bet ir įkvėpimas milijonams žmonių, kurie susiduria su panašiais iššūkiais. Technologijos, kurios jam padėjo nugyventi pilnavertį ir produktyvų gyvenimą, dabar padeda tūkstančiams kitų, ir tai galbūt yra vienas svarbiausių jo indėlių į žmoniją.