運動型假肢幫截肢者實現(xiàn)飛人夢

幾千年來，假肢裝置一直沒有什么改變，直到當被截肢的運動員們加入了設計假肢的隊伍中來的時候，一切就*的變了。

奧斯卡·皮斯托瑞斯，是一位不平凡的南非殘疾人。他失去了雙腿，卻有著驚人的奔跑速度。他是殘奧會世界短跑紀錄的保持者。當年，他400米的成績是45.07s，這足以使他在奧運會上取得第五。但是，運動型假肢產(chǎn)生的效果遭受爭議。通過對“刀鋒跑者”奔跑錄像的細致研究，專家認為皮斯托瑞斯因為假肢裝置受益良多，這也許是他成績驚人的主要原因。 于是許多人對他的參賽提出否認。不過，也有支持者認為奧斯卡主要靠的是精神，而不是假肢的高科技，使自己達到飛人的高度，他依舊是有資格的。zui終，他被選入了2012倫敦奧運南非接力賽的名單，成了奧運會歷**位雙腿截肢的運動員。

關于 “飛毛腿”假肢裝置

皮斯托瑞斯所用的假肢裝置正是“飛毛腿”。這款價值1.5萬英鎊的假肢產(chǎn)品，由冰島一家殘障人器械公司“奧索”（ossur）研制。它由50~80層碳纖維構成，大約有8鎊重。為了更適于跑步，“腳跟”還添了一條耐克跑鞋的鞋底。

它是由一位被截肢的生物醫(yī)藥學工程師，范·菲利普，設計而成。他于1976年發(fā)生事故被截肢。菲利普發(fā)現(xiàn)原先的假肢無法進行跑跳，便著手開始設計，并于1984年完成了“飛毛腿”的設計。

在研究過程中，菲利普發(fā)現(xiàn)，碳纖維不僅又輕又堅韌，而且zui重要的是，碳纖維是各向異性的，這使得碳纖維極富彈性，可以根據(jù)水平、豎直方向上的受力不同而改變。這就使得用碳纖維做成的假肢足以返回運動員所需要的能量。

J-型設計

J-型設計很關鍵。在顯微鏡中，碳纖維呈J型排列。這也就是說，在J型的頂端，“飛毛腿”之所以如此堅硬，是因為運動員所施加的、向下的力，正好順著碳纖維的紋理。而在J型的曲線上，這樣的力又正好垂直于纖維的紋路。隨著遠動員邁步時對地用力的變化，曲線也隨之彎曲。而當運動員步子離開逐漸地面時，之前給予曲線的能量會通過J型堅硬的頂端釋放給自己的身體。

給“無腿的單車騎手”的難題

騎單車也是一項很受歡迎的運動，但是，對于假肢裝置設計者，給“無腿的單車騎手”設計假肢裝置也是具有挑戰(zhàn)性的。其中，zui大的挑戰(zhàn)是，如何將踩踏板力地運用在循環(huán)的踏板環(huán)中，而不僅僅只是簡單地一上一下。

賽斯·愛思特的“節(jié)奏”，這是一款膝下的假肢，它是如今有發(fā)展前景的假肢裝置之一。

關于“節(jié)奏”假肢裝置

其設計的智慧不僅在于腳踝處有個轉軸，而更在于可以對假肢的控制。在它的人造腳后跟和下肢之間是一根彈性管。當殘疾的單車騎手在踏板的循環(huán)zui高處向下踩踏板時，這種人造下肢會繞腳踝處的轉軸轉動，此時，腳也隨之向上，而腳后跟向下。這種伸展正是彈性管的功勞。當踏板運動到底部時，被彈性管儲存的能量會被釋放出來，這就使腳后跟向上，并帶動轉軸使腳趾向下。通過這種方法，足尖可以在前1/4的循環(huán)中向上，而在第二個1/4中稍平些，這對于健全的單車手在騎車時也同樣如此。憑此方法，就使截肢的遠動員足以控制腳的旋轉了。

但是，這種設計缺少了膝蓋的成分。而踏板的運動循環(huán)中，是需要膝蓋的鏈接，來使循環(huán)運動自如地保持足夠的堅韌，將所施的力傳遞給踏板。為了解決這個問題，于是，的假肢在膝蓋設計上，融入了傳感器、流體力學和電磁學的理論。

就比如，“Ossur Rheo 膝蓋”，其內(nèi)部是由一種含有微小鐵離子的半粘流體組成的。

第六感：假肢的未來

運動型假肢的未來將會是什么的呢？不幸的是，截肢的單車騎手并不怎么使用發(fā)展至今的假肢裝置。假肢裝置的這些原理雖聽上去很行得通，但其實存在不少的問題，我們還沒有制作出足夠的、用來監(jiān)控力的傳感器。同樣，電傳感器也存在問題。所以我們未來面臨的zui大挑戰(zhàn)是：如何制造出一款更牢固、更柔韌的新型傳感器，來避免相互沖突的問題。而可能解決辦法就在于再度深入探究所用材料和包含的物理理論。

就比如，J-型假肢。杰隆·米斯恩已經(jīng)將光學力傳感器代替原來的電傳感器。這其中，包含了一層疊一層的、超薄的3層（如上圖）。*層：激光源；第二層：可變形的硅層；第三層：感光二極管。3層疊加，總的厚度約180微米。而原理很簡單：在未受干擾時，激光束層與二極管層并排。一旦有了剪切的壓力，第二層會變形，*、三層位置因此發(fā)生變化。因此，二極管捕捉到的激光的光亮會隨之越來越暗，其電的產(chǎn)量也會隨著壓力不同而成比例的變化。這樣就可以調(diào)整假肢，使它和健全的人們的肢體一樣運作了。

假肢發(fā)展的潛力無限。 或許未來，“即使沒有雙腿，也能跑得*zui快”不再只是夢了。

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