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MIT 出身,BiOM 生化义肢让截肢舞者上 TED 跳伦巴舞

2020-06-08 00:15| 发布者: J水生活| 查看: 679| 评论: 388

MIT 出身,BiOM 生化义肢让截肢舞者上 TED 跳伦巴舞

2013 年 4 月 15 日,美国麻州首府,也是历史名城波士顿,正值美东时间下午 2 点 50 分,天气晴朗,在科普里广场上,一场马拉松的许多参赛者正跑向终点,此时宾拉登已经伏法将近 2 年,也没有任何恐怖组织对美国发出挑衅或威胁,众人丝毫不认为会发生什幺意外,开开心心的,观赛的人加油着,参赛者努力跑向终点,突然间,两枚炸弹分别在终点线附近观众区,与一家体育用品店先后爆炸。

这就是日后我们称之为波士顿马拉松爆炸案的惨剧,造成多人死伤,更造成大量的截肢伤患,是一场人间悲剧。但为了帮助这些伤者,美国的科技能量也动员了起来,其中,就包括生化义肢技术的领导者 BiOM。

BiOM 成立于 2007 年,来自着名的麻省理工学院(MIT),创办人休‧贺(Hugh Herr)教授也有个背景故事,原来他本人就是个双腿截肢者。他热爱攀岩,1982 年,在一次攀岩意外中,失去了双腿,当时他还年轻,但他发现,穿上义肢之后,他竟然还是能回到山上,继续攀岩,而且可以根据地形不同,更换不同义肢,譬如脚部尖细,可以插进岩缝的义肢,或是脚部直接是雪钉的义肢,有时比真的脚还好用。他自身经历,让他对义肢有了全新思考,他认为不是人有残障,是科技残障,过去身体残缺就被视为残障,是因为科技落伍,只要科技进步可以让所有缺手断腿的人,都能回到正常生活。

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抱持这项信念,他在 MIT 钻研生化义肢科技,2004 年,他的团队所开发的生化膝盖入选《时代杂誌》当年评选的十大发明,2007 年团队开发的人工踝关节再度入选《时代杂誌》当年评选十大发明,创办了 BiOM 之后,2011 年,他被《时代杂誌》誉为是「生化义肢的领导者」。

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过去的义肢多为被动式,也就是说主要是靠身体还留存的其他部位肌肉的力量,利用身体动作去牵动义肢移动,这样的义肢使用起来相当费力,也不可能做出太精细的动作。BiOM 所开发的生化义肢,则不仅本身有动力,还有感测器与运算晶片,更有电极与残肢连结,测量肌肉电位,尽量模拟真实肢体的人体工学、移动方式,与控制性。

波士顿爆炸案之后,休‧贺同为截肢者,前往探视截肢的伤患,当他听到一名舞者雅德黎安(Adrianne Haslet-Davis)因爆炸案截去一只小腿,可能从此无法再跳舞,他非常难过,接着又想到,自己就是义肢专家,公司有资源、有技术,何不投入研究,看能不能让雅德黎安重返舞台?

2010 年起,BiOM 所开发的人工小腿系统,已经帮助了 900 位截肢伤患,其中有 400 人是战伤退伍老兵,这套系统会感应人体的动作与地面状况,自动调整踝关节输出的力道,就跟真正的人类脚踝与小腿肌肉的作用一样,也还会感应大腿肌肉的紧张程度,如果使用者大腿用力想跑步,人工小腿系统就会感应到,而加强输出力道,如此一来,穿着人工小腿系统的使用者甚至还能跑步,在崎岖的碎石山坡上也如履平地。

2013 年 7 月,BiOM 推出第二代的 BiOM T2 系统,休‧贺就打算用这套系统来帮助雅德黎安回到舞台,不过要跳舞可不比只是跑步,于是公司特别组织一个任务团队,研究舞者所需的所有动作,在 200 天的辛苦开发后,最后的成果,是当休‧贺于 2014 年 3 月在 TED 上演讲时,最后的压轴,就是请雅德黎安来一曲伦巴舞,赢得全场观众的掌声,更让雅德黎安激动落泪。

TED 上的这曲舞,让 BiOM 之后平均每天都接到 100 封以上的询问电子邮件。

不过 BiOM 的目标并不只是让截肢者能跑能跳舞,还有更长期的健康目的,更甚至能帮助四肢健全的人。

BiOM 之所以要开发具有主动动力的生化义肢,目标之一是要预防退化性关节炎,过去使用被动式义肢的截肢者,因为义肢无法根据身体动作的需要作出回应,因此动作十分费力,造成骨骼关节的负担,久而久之,关节受损,发生退化性关节炎。

不只截肢者,一般人也一样会发生退化性关节炎,老年人随着年龄增加,肌力逐渐丧失,于是相对的,关节承受的负担也相对越来越大,最后发生退化性关节炎,或是发生下背痛,退化性关节炎是老人卧床无法走动的头号原因,而老人一旦卧床不动,往往很快会健康状况恶化,因各种併发症过世。

生化义肢技术既然可以帮助截肢者,预防他们发生退化性关节炎,自然也能应用在四肢健全的人身上,BiOM 计画以相同的感测器与软硬体技术製作动力外骨骼系统,未来当年老体衰,穿上动力外骨骼系统一样健步如飞,但方便是一回事,更重要的是有了外部支撑,关节承受的压力与不稳定性带来的负担减轻,就不容易得到退化性关节炎。

否则,当膝盖坏掉了,就也只好求助 BiOM 的人工膝关节。人工膝关节其实是团队最早的产品,关节内部有许多浮于油中的铁粒,外部则以磁场控制铁粒,当站直时就锁住膝关节,要行走时就鬆开膝关节,此技术后来授权给冰岛公司 Ossur,但合作不甚愉快,后来休‧贺教授在 2006 年自己推出了 iWalk 人工膝关节,如今安装在数千名患者身上。

应用在踝关节上,虽然技术不同,但这个放鬆与锁住的原理是相同的。当踏下一步,脚跟着地时,人工踝关节的僵硬度提高,吸收踏步的能量并提供向前的推力,而当要提脚时,人工踝关节不仅释放方才吸收的力道,还因应地面状况,额外施力,就像平常脚部的动作,提供额外的推进力。

休‧贺教授表示,穿着生化义肢,跟穿传统被动式义肢,其中的差异,就好像前者是走在机场的平面输送带上,十分省力,后者则是相较之下有如自己耗力走路。

BiOM 与在 MIT 的团队,最终目标则是「物我合一」,让生化义肢感觉起来就跟真的手脚没有两样,有如电影《星际大战》中路克(Luke Skywalker)的义手。要达成这个目标,团队研究把断肢上残留的神经,一一细分出来,感应运动神经的电位变化,传送到各处的主动动力源,另一方面,则将感测器的资料传达给残留的感觉神经,这样一来,生化义肢将能随心所欲的运动,还能有感觉,跟真的腿没有两样。

若真能实现,将造福相当多的肢障人士,包括美国的许多在阿富汗遇上地雷的士兵,当然,BiOM 也因此得到美国退辅会(Department of Veterans Affairs)、美国陆军远距医疗与先进科技研究中心(Telemedicine and Advanced Technology Research Center ;TATRC)的投资,加上其他风险创投,总投资规模约 5,000 万美元。

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