像刀片一樣的義肢

劉娉婷

10歲的日本男孩齋藤暖太自從8年前右腿被截肢，只能依靠傳統(tǒng)假肢生活。因?yàn)闊o(wú)法負(fù)擔(dān)幾千美元的競(jìng)技義肢，他再也沒(méi)能參與到打籃球和跑步等體育運(yùn)動(dòng)中，但故事在2017年4月后發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

當(dāng)時(shí)，他受邀走進(jìn)了一座位于東京的特殊“圖書(shū)館”，不過(guò)這里沒(méi)有書(shū)—館內(nèi)的黃色木質(zhì)墻上，大大小小掛滿了20多個(gè)像刀片一般形狀的競(jìng)技型義肢。有需求的消費(fèi)者只需要每天花費(fèi)約9美元，便可以在規(guī)定的場(chǎng)地內(nèi)使用。那是齋藤暖太第一次體驗(yàn)在義肢上綁上刀片義肢，像正常人一樣跑跳—他又能重新回到賽場(chǎng)訓(xùn)練，去實(shí)現(xiàn)參加殘奧會(huì)的夢(mèng)想。

這座義肢圖書(shū)館由一家專門為跑步者開(kāi)發(fā)義肢的初創(chuàng)公司Xiborg建造。2014年，日本人遠(yuǎn)藤謙創(chuàng)立了Xiborg。3年后，一款被命名為“Xiborg Genesis”的J型碳纖維材質(zhì)的刀片式義肢誕生了。

然而在日本，安裝競(jìng)技型義肢沒(méi)有被納入到“日常所需”的范疇中，因此政府沒(méi)有對(duì)此項(xiàng)目提供任何津貼。為了建造義肢圖書(shū)館，遠(yuǎn)藤謙通過(guò)網(wǎng)絡(luò)眾籌的方式獲得約15.63萬(wàn)美元的資金，“截肢成為很多人不能跑步的原因，但我想創(chuàng)造一個(gè)人人都能自由跑動(dòng)的環(huán)境?！彼f(shuō)。

2003年，遠(yuǎn)藤謙從日本慶應(yīng)義塾大學(xué)碩士畢業(yè)兩年后，加入了美國(guó)麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的生物電子學(xué)小組，并對(duì)人體的物理能力控制和下肢假體研發(fā)產(chǎn)生了濃厚興趣。他的目標(biāo)是研發(fā)出一款義肢，幫助運(yùn)動(dòng)員在2020年?yáng)|京殘奧會(huì)100米短跑比賽中打破金牌紀(jì)錄。

其實(shí)早在2004年，刀片型義肢已經(jīng)出現(xiàn)在雅典殘奧會(huì)的賽場(chǎng)上。來(lái)自南非的奧斯卡·皮斯托瑞斯（Oscar Pistorius）穿著由冰島假肢矯形器材公司奧索定制的“豹式刀片式義肢”取得了100米的銅牌和200金牌，從此一戰(zhàn)成名，被譽(yù)為“刀鋒戰(zhàn)士”。

“豹式刀片式義肢”價(jià)值近2萬(wàn)美元，由50至80層碳纖維構(gòu)成，重量約為3.6千克。為了更適用于跑步，它的“腳跟”處還特別添置了一條耐克跑鞋的鞋底。跑步者穿上義肢后，雖然起跑速度較慢，但跑動(dòng)時(shí)能將97%的能量反彈，且后期加速度很快。

不過(guò)，跑步者的肌肉群發(fā)力特點(diǎn)也被改變，因此，它引發(fā)了國(guó)際上對(duì)其是否違背比賽競(jìng)爭(zhēng)公平環(huán)境的爭(zhēng)議。經(jīng)過(guò)國(guó)際體育仲裁法庭和國(guó)際田聯(lián)對(duì)新技術(shù)的測(cè)評(píng)，直到2012年倫敦奧運(yùn)會(huì)，皮斯托瑞斯才和其他運(yùn)動(dòng)員一起站在了男子田徑400米預(yù)賽的起跑線上，并順利進(jìn)入半決賽。

Xiborg Genesis的誕生是刀片式假肢領(lǐng)域的一個(gè)突破。遠(yuǎn)藤謙選用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為義肢本體材料，既強(qiáng)化了義肢的彈性和堅(jiān)固度，又減輕了質(zhì)量。除了體育用品行業(yè)，它目前還被普遍應(yīng)用在軍事、航空和賽車等領(lǐng)域。

但僅僅增強(qiáng)彈性，并不意味著義肢會(huì)變得更快，選手的跑動(dòng)狀態(tài)、身體平衡感甚至跑動(dòng)時(shí)的肌肉力量波動(dòng)等因素都要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮。遠(yuǎn)藤謙告訴《第一財(cái)經(jīng)周刊》，刀片從中部到后部的曲線彎曲弧度至關(guān)重要，它決定義肢在垂直方向的穩(wěn)定性和前進(jìn)的位移距離。

為了了解跑步的原理，因此遠(yuǎn)藤謙的第一步是研究走路和跑步時(shí)的區(qū)別。它們雖然都屬于雙腿向前伸展的運(yùn)動(dòng)，但肌肉的使用方式和雙腳每次在運(yùn)動(dòng)后離地的方式有明顯區(qū)別。

走路時(shí)，地面對(duì)人的鞋底產(chǎn)生的力被稱為“地面反作用力”。當(dāng)腳底接觸地面時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)不同的峰值；而當(dāng)跑步時(shí)，這兩種力會(huì)同時(shí)發(fā)生，只會(huì)產(chǎn)生一次地面反作用力。

當(dāng)時(shí)已有的競(jìng)技義肢都是根據(jù)每位運(yùn)動(dòng)員的身體素質(zhì)特點(diǎn)定制，遠(yuǎn)藤謙希望刀片式義肢可以大眾化，對(duì)每個(gè)人都適用。但想要研發(fā)出最佳的義肢需要足夠量的數(shù)據(jù)支撐，這也是遠(yuǎn)藤謙遭遇到的最大挑戰(zhàn)。

2014年，他先與日本3位頂級(jí)的殘疾運(yùn)動(dòng)員簽約，并且在索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所股份有限公司、化工公司東麗等企業(yè)的贊助下，擁有了研發(fā)經(jīng)費(fèi)和場(chǎng)地。他將研究室在緊挨著6條60米長(zhǎng)的跑道，便于研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品馬上投入場(chǎng)地試用。但場(chǎng)地周圍并沒(méi)有安裝可以記錄數(shù)據(jù)的設(shè)施，只能依靠運(yùn)動(dòng)員的體驗(yàn)給予反饋。為了最大化發(fā)揮跑道的價(jià)值，遠(yuǎn)藤謙還將跑道面向公眾開(kāi)放，不過(guò)需要收取一定金額的入場(chǎng)金額。目前，殘障人士需要支付約4.5美元，健全人士支付7.5美元。

為了獲取最精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，從2014年開(kāi)始，遠(yuǎn)藤謙帶著3名運(yùn)動(dòng)員到位于日本鹿兒島的鹿屋體育大學(xué)測(cè)試，2016年，美國(guó)殘奧隊(duì)短跑運(yùn)動(dòng)員賈里德·華萊士（Jarryd Wallace）也加入到測(cè)試的團(tuán)隊(duì)。鹿屋體育大學(xué)擁有一條兩側(cè)裝著多臺(tái)攝像機(jī)的跑道，可以拍攝下運(yùn)動(dòng)員跑步的畫(huà)面，并且配有專業(yè)教授指導(dǎo)測(cè)量數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)藤謙再分析數(shù)據(jù)找到合適的施力點(diǎn)，微調(diào)刀片裝置。

2017年，第一代Xiborg Genesis正式投入應(yīng)用。在2016年里約熱內(nèi)盧舉辦的殘奧會(huì)上，亞洲地區(qū)最優(yōu)秀的短跑選手之一佐藤圭太在接力賽中使用了Xiborg的刀片式假肢上場(chǎng)比賽，并幫助團(tuán)隊(duì)獲得銅牌。華萊士也在Xiborg的官網(wǎng)上留言道：“Xiborg團(tuán)隊(duì)的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)將幫助我實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想，為我成為全球跑得最快的截肢運(yùn)動(dòng)員發(fā)揮重要作用?！?/p>

目前，遠(yuǎn)藤謙的身份除了Xiborg公司創(chuàng)始人，還是索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的成員之一。2016年開(kāi)始，他就加入實(shí)驗(yàn)室合作研發(fā)機(jī)器人義肢膝關(guān)節(jié)踝關(guān)節(jié)，使義肢使用起來(lái)更加自由靈活。最新的研究成果“機(jī)器人下肢義肢”的腳踝和膝關(guān)節(jié)上安裝了馬達(dá)，當(dāng)用戶開(kāi)始行走時(shí)，安裝在義肢內(nèi)的傳感器會(huì)監(jiān)測(cè)到腿上肌肉使用的力度和角度，且機(jī)器人義肢可以恢復(fù)踢腿、伸展腿、歸位等動(dòng)作，智能程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)義肢。

在遠(yuǎn)藤謙的計(jì)劃里，今年Xiborg將會(huì)推出更新版刀片式義肢?！拔磥?lái)希望在全球招募更多運(yùn)動(dòng)員并組織國(guó)際團(tuán)隊(duì)，通過(guò)為運(yùn)動(dòng)員開(kāi)發(fā)刀片式義肢來(lái)支持他們的運(yùn)動(dòng)?！辈贿^(guò)，籌募資金和獲取更多的數(shù)據(jù)依然是當(dāng)前擺在他面前的兩道難題。