機(jī)械假肢的發(fā)展，正在使人與機(jī)器間的界限變得愈發(fā)模糊，或許在不久的將來，人類就將重新定義自己。

在所有參加2012倫敦奧運(yùn)會的運(yùn)動員中，來自南非的奧斯卡·皮斯托瑞斯無疑是最為特殊的一個。由于天生缺少腓骨和踝骨，皮斯托瑞斯在11歲時被截斷了膝蓋以下的腿部。然而這個缺少了雙腿的年輕人卻令人難以置信地成為了一名職業(yè)短跑運(yùn)動員。

17歲時，因為裝上了類似于刀片的J形假肢，他的人生軌跡就此改變。倫敦奧運(yùn)上，這雙造型獨(dú)特的假肢讓皮斯托瑞斯格外與眾不同，人們也因此送給了他一個外號——“刀鋒戰(zhàn)士”。

“印度豹”的誕生

皮斯托瑞斯身上安裝的假肢名叫“印度豹”，是由來自冰島的殘障人器械公司奧索（ossur）開發(fā)的。

“印度豹”由50-80層碳纖維構(gòu)成，大約有8磅重。為了更適于跑步，“腳跟”還添加了一條耐克跑鞋的鞋底。

“印度豹”并不是奧索開發(fā)的第一款產(chǎn)品，它的前身“飛毛腿”早在1984年就已經(jīng)發(fā)明出來，不過，當(dāng)時主要是作為一款輔助日常生活的假肢，而并不針對專業(yè)級的運(yùn)動需求。

“飛毛腿”的發(fā)明家范·菲利普是一位生物醫(yī)藥學(xué)工程師，1976年的一場事故讓他失去了一條腿。不幸截肢后的菲利普發(fā)現(xiàn)當(dāng)時制作假肢的材料主要是木材和橡膠，使用起來的體驗并不好，因此他決定嘗試新的材料和技術(shù)來制作假肢，開發(fā)一款更加適合自己的產(chǎn)品。

最終，菲利普選中碳纖維作為新式假肢的制作材料。碳纖維長期以來主要用于航空航天領(lǐng)域，其最大的特性就在于重量輕、強(qiáng)度高、韌性好。而這些物理特性恰恰是“飛毛腿”J形彎曲結(jié)構(gòu)所需要的。

“飛毛腿”一經(jīng)問世就備受矚目，它的J形結(jié)構(gòu)可以使假肢在著地時像彈簧一樣壓縮，當(dāng)抬腳時能夠產(chǎn)生反彈，提供能量返還。

所謂的能量返還是指：運(yùn)動中，著地、站立末期和預(yù)擺動期將能量返還到人體。能量返還得越少，就越容易感到疲勞。對健康人來說，這一過程是通過脛骨肌肉群和小腿三頭肌來完成的。但截肢手術(shù)使得殘障人士的這些肌肉喪失了功能，因此由假肢來提供能量轉(zhuǎn)換就變得很重要。

“飛毛腿”的設(shè)計能夠使安裝者的運(yùn)動能力大大提升，于是1997年，奧索公司將“飛毛腿”升級，使之更加符合專業(yè)運(yùn)動的特性。由于改進(jìn)后的產(chǎn)品形狀與印度獵豹的后腿相似，因此它被命名為“印度豹”。

其實，除了“印度豹”之外，奧索還有另外一款運(yùn)動假肢“FLEX-RUN”?！坝《缺敝饕槍Φ倪\(yùn)動項目是100米、200米、400米跑和跳遠(yuǎn)。而FLEX-RUN則適合馬拉松等耐力運(yùn)動。

與“印度豹”J形不同，“FLEX-RUN”的形狀則與英文字母C相似，這樣的設(shè)計雖然使它在能量返還上比“印度豹”慢一些，但是緩震效果則更為出色，而這正是長跑這樣的運(yùn)動所需要的。

皮斯托瑞斯對于“印度豹”的使用也曾引發(fā)一些爭議，2007年，國際田聯(lián)甚至特批了一筆5萬美元的研究經(jīng)費(fèi)，邀請專家測量“印度豹”是否能幫助殘疾運(yùn)動員獲得比正常人更多的優(yōu)勢，以便判斷是否批準(zhǔn)皮斯托瑞斯參加奧運(yùn)會。當(dāng)時測試的結(jié)果是，無論是設(shè)計外觀，還是碳纖維材料的使用，“印度豹”都能幫助使用者在短跑中節(jié)省更多能量。

對這個結(jié)果，皮斯托瑞斯當(dāng)然不服，他找來假肢運(yùn)動理論學(xué)家以休·赫爾領(lǐng)銜的運(yùn)動專家團(tuán)隊，重新進(jìn)行了測量，最終推翻了國際田聯(lián)的決定，獲得了參加奧運(yùn)的資格。

幾年間，隨著皮斯托瑞斯穿著“印度豹”四處亮相，奧索也成為了全球最知名的假肢制造廠商之一。

智能假肢的未來

雖然在奧運(yùn)會上奧索的假肢與“刀鋒戰(zhàn)士”一起大出風(fēng)頭，不過，在專業(yè)人士的眼中，皮斯托瑞斯的“印度豹”假肢還只能算是“小兒科”。美國麻省理工大學(xué)媒體實驗室生物機(jī)械電子團(tuán)隊的負(fù)責(zé)人Hugh Herr此前接受媒體采訪時就曾表示，“印度豹”并沒有使用神經(jīng)傳導(dǎo)，因此技術(shù)含量并不夠高。言下之意就是，高科技假肢的評判標(biāo)準(zhǔn)在于是否使用了神經(jīng)傳導(dǎo)技術(shù)。

正常情況下，人移動手臂時，大腦會產(chǎn)生電信號，信號通過神經(jīng)傳導(dǎo)至手臂，激活手臂肌肉，從而完成移動手臂的動作。當(dāng)人的手臂被截肢后，殘肢仍舊能夠接收并保留大腦傳輸?shù)男盘枴?/p>

因此，對于真正的智能假肢來說，能夠解讀這些殘留信號，并且將之進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成為電腦指令從而驅(qū)動人造手臂做出相應(yīng)運(yùn)動就成為了技術(shù)的關(guān)鍵。

2010年，美國國防高級研究計劃局批準(zhǔn)了一筆預(yù)算高達(dá)3450萬美元的研究經(jīng)費(fèi)，用于資助馬里蘭州的約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實驗室（APL）進(jìn)行智能假肢系統(tǒng)的研究。

APL的科學(xué)家和工程師們不僅開發(fā)出了兩種復(fù)雜的原型系統(tǒng)。此外，還制造出了植入式微型芯片，用于記錄大腦的信號并對大腦特定部位產(chǎn)生電信號刺激。

今年1月，這項研究取得了突破性的進(jìn)展，在沃爾特里德國家軍事醫(yī)療中心，項目小組為一名傷殘美國士兵成功安裝了新型智能化假肢。該假肢能夠提供22個獨(dú)立運(yùn)動的關(guān)節(jié)，甚至連每個手指都可以獨(dú)立活動，而總重量大約只有9磅，幾乎達(dá)到以假亂真的程度。

就在APL的研究取得突破的同時，在NASA Tech Brief主辦、PTC贊助的“科技創(chuàng)造未來設(shè)計大賽”中，College Park Industries的設(shè)計師Mike Leydet率領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊推出的新型無線傳感器iPecs Tech獲得電子科技類一等獎。

iPecs系統(tǒng)（智能假肢內(nèi)部骨骼組件系統(tǒng)）是世界上第一個專門為測量截肢患者的步態(tài)、步法而設(shè)計無線傳感器。當(dāng)被安裝在假肢內(nèi)部時，它是唯一能夠測量力量、運(yùn)動和加速度狀態(tài)的裝置，可供研究人員通過無線傳輸收集假肢使用者的日常活動數(shù)據(jù)。研究者利用這些數(shù)據(jù)可對假肢做出相應(yīng)的調(diào)整，使假肢使用者的步態(tài)對齊和關(guān)節(jié)活動度接近四肢健全的人們。

得益于假體產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)步，愈來愈多的殘障人士正在獲益。倫敦奧運(yùn)后舉行的殘奧會上，美國運(yùn)動員Matt Brown穿著馬里蘭大學(xué)帕克分校研制的比目魚肌腳參加了鐵餅項目，日本運(yùn)動員Maya Nakanishi也在田徑比賽中使用了該裝置。

根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的介紹，智能假肢技術(shù)的重要方向是與腦機(jī)接口技術(shù)相融合。

腦機(jī)接口技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)人腦與計算機(jī)等外部電子設(shè)備間的直接通信，這意味著，將來人們可以直接通過大腦操控復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備。而隨著智能假肢技術(shù)以及動力外骨骼等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它們的服務(wù)范圍將不再僅僅局限在殘障人群，而會展現(xiàn)出更為廣闊的市場空間，鋼鐵俠身上那套無比神奇的盔甲也將從科幻電影中走向現(xiàn)實。

機(jī)械假肢的發(fā)展，正在使人與機(jī)器間的界限變得愈發(fā)模糊，或許在不久的將來，人類就將重新定義自己。