幾千年來(lái)，假肢裝置一直沒(méi)有什么改變，直到當(dāng)被截肢的運(yùn)動(dòng)員們加入了設(shè)計(jì)假肢的隊(duì)伍中來(lái)的時(shí)候，一切就徹底的變了。

奧斯卡·皮斯托瑞斯

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(huì)世界短跑紀(jì)錄的保持者。當(dāng)年，他400米的成績(jī)是45.07s，這足以使他在奧運(yùn)會(huì)上取得第五。但是，運(yùn)動(dòng)型假肢產(chǎn)生的效果遭受爭(zhēng)議。通過(guò)對(duì)“刀鋒跑者”奔跑錄像的細(xì)致研究，專(zhuān)家認(rèn)為皮斯托瑞斯因?yàn)榧僦b置受益良多，這也許是他成績(jī)驚人的主要原因。 于是許多人對(duì)他的參賽提出否認(rèn)。不過(guò)，也有支持者認(rèn)為奧斯卡主要靠的是精神，而不是假肢的高科技，使自己達(dá)到飛人的高度，他依舊是有資格的。最終，他被選入了2012倫敦奧運(yùn)南非接力賽的名單，成了奧運(yùn)會(huì)歷史上第一位雙腿截肢的運(yùn)動(dòng)員。

關(guān)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(jià)值1.5萬(wàn)英鎊的假肢產(chǎn)品，由冰島一家知名殘障人器械公司“奧索”(ossur)研制。它由50~80層碳纖維構(gòu)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(xué)工程師，范·菲利普，設(shè)計(jì)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(wú)法進(jìn)行跑跳，便著手開(kāi)始設(shè)計(jì)，并于1984年完成了“飛毛腿”的設(shè)計(jì)。

在研究過(guò)程中，菲利普發(fā)現(xiàn)，碳纖維不僅又輕又堅(jiān)韌，而且最重要的是，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(yùn)動(dòng)員所需要的能量。

J-型設(shè)計(jì)

J-型設(shè)計(jì)很關(guān)鍵。在顯微鏡中，碳纖維呈J型排列。這也就是說(shuō)，在J型的頂端，“飛毛腿”之所以如此堅(jiān)硬，是因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)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(xiàn)上，這樣的力又正好垂直于纖維的紋路。隨著遠(yuǎn)動(dòng)員邁步時(shí)對(duì)地用力的變化，曲線(xiàn)也隨之彎曲。而當(dāng)運(yùn)動(dòng)員步子離開(kāi)逐漸地面時(shí)，之前給予曲線(xiàn)的能量會(huì)通過(guò)J型堅(jiān)硬的頂端釋放給自己的身體。

給“無(wú)腿的單車(chē)騎手”的難題

騎單車(chē)也是一項(xiàng)很受歡迎的運(yùn)動(dòng)，但是，對(duì)于假肢裝置設(shè)計(jì)者，給“無(wú)腿的單車(chē)騎手”設(shè)計(jì)假肢裝置也是具有挑戰(zhàn)性的。其中，最大的挑戰(zhàn)是，如何將踩踏板力高效地運(yùn)用在循環(huán)的踏板環(huán)中，而不僅僅只是簡(jiǎn)單地一上一下。

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

關(guān)于“節(jié)奏”假肢裝置

其設(shè)計(jì)的智慧不僅在于腳踝處有個(gè)轉(zhuǎn)軸，而更在于可以對(duì)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(dāng)殘疾的單車(chē)騎手在踏板的循環(huán)最高處向下踩踏板時(shí)，這種人造下肢會(huì)繞腳踝處的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，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(dāng)踏板運(yùn)動(dòng)到底部時(shí)，被彈性管儲(chǔ)存的能量會(huì)被釋放出來(lái)，這就使腳后跟向上，并帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸使腳趾向下。通過(guò)這種方法，足尖可以在前1/4的循環(huán)中向上，而在第二個(gè)1/4中稍平些，這對(duì)于健全的單車(chē)手在騎車(chē)時(shí)也同樣如此。憑此方法，就使截肢的遠(yuǎn)動(dòng)員足以控制腳的旋轉(zhuǎn)了。

但是，這種設(shè)計(jì)缺少了膝蓋的成分。而踏板的運(yùn)動(dòng)循環(huán)中，是需要膝蓋的鏈接，來(lái)使循環(huán)運(yùn)動(dòng)自如地保持足夠的堅(jiān)韌，將所施的力傳遞給踏板。為了解決這個(gè)問(wèn)題，于是，最新的假肢在膝蓋設(shè)計(jì)上，融入了傳感器、流體力學(xué)和電磁學(xué)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(lái)

運(yùn)動(dòng)型假肢的未來(lái)將會(huì)是什么的呢?不幸的是，截肢的單車(chē)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(tīng)上去很行得通，但其實(shí)存在不少的問(wèn)題，我們還沒(méi)有制作出足夠優(yōu)秀的、用來(lái)監(jiān)控力的傳感器。同樣，電傳感器也存在問(wèn)題。所以我們未來(lái)面臨的最大挑戰(zhàn)是：如何制造出一款更牢固、更柔韌的新型傳感器，來(lái)避免相互沖突的問(wèn)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(xué)力傳感器代替原來(lái)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)。第一層：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(jiǎn)單：在未受干擾時(shí)，激光束層與二極管層并排。一旦有了剪切的壓力，第二層會(huì)變形，第一、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?xí)S之越來(lái)越暗，其電的產(chǎn)量也會(huì)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(yùn)作了。

假肢發(fā)展的潛力無(wú)限。 或許未來(lái)，“即使沒(méi)有雙腿，也能跑得全世界最快”不再只是夢(mèng)了。