运动假肢：科技助力残障人士重获运动自由

一、运动假肢的发展历程

运动假肢的发展是一个漫长而充满创新的过程。早期的假肢设计简单，功能有限，主要是为了满足残障人士基本的行走需求。随着科技的不断进步，假肢的设计和性能得到了显著提升。

过去，膝关节假肢大多是刚性假肢，采用高密度金属材料制成，各部分功能结构相对独立。这种设计虽然在一定程度上提高了功能性，但也带来了体积大、重量重的问题，而且刚性框架的缓冲性能有限，很难兼顾功能性和舒适性。

近年来，科研团队不断探索新的设计思路和技术，推动了运动假肢的快速发展。例如，北大工学院王启宁教授课题组提出了一种受马尾草启发的折纸软体动力膝关节假肢，这是国际首款软体膝关节假肢，为下肢假肢的设计提供了全新的思路。此外，麻省理工学院研究团队开发的高度组织融合的仿生膝关节假肢（OMP），让截肢者能够以接近真实肢体的方式实现多样化的腿部动作，标志着运动假肢向更加智能化、仿生化的方向发展。

二、运动假肢的类型与特点

（一）软体膝关节假肢

以北大团队研发的折纸软体动力膝关节假肢为例，它具有独特的设计和优势。该假肢的折纸结构由正面折纸结构和背面折纸结构组合而成，利用折纸结构的大范围折展特性，能够满足膝关节大范围运动的要求。研究团队从马尾草的结构特性中汲取灵感，模仿马尾草受压时的内凹结构，在折纸结构里精心设计了背面折纸以及气动腔体，显著增强了假肢的刚度与承重能力。借助气腔内的压力调整，还能实现假肢刚度的动态调节，以适应不同的外部压力。通过实验测试，该软体膝关节假肢可以在气压驱动下进行较为精准的运动，实际运动与理论计算接近，驱动带宽满足残障人士快速行走的要求。在实际行走实验中，残障志愿者穿戴该软体假肢时不仅更省力，受到的冲击也更小，主观上认为行走时的舒适度更高。

（二）仿生运动脚板

奥索公司的暴风飞毛腿大地运动脚板是一款专为热爱户外、运动量大的高活动级别用户设计的产品。它无需添加扭转球等配件，即可完成跑步、跳跃、竞速等高强度运动，而且外形小巧美观，便于日常穿着。超级暴风飞毛腿是暴风飞毛腿系列的旗舰产品，虽然是一款机械脚板，但在技术指标上与许多仿生产品都不相上下。它可以有效减少13%健侧负荷，踝关节活动度范围增加82%，踝动力增加95%，是追求舒适、自然步态用户的理想选择。印度豹飞毛腿卓越者的设计源于非洲印度豹后腿造型，是许多专业运动爱好者及残奥会运动员的赛场必备。

（三）仿生智能踝

奥索的普欧仿生智能踝是市面上少数几款带微处理器的仿生脚板，可以降低70%绊倒风险，模拟正常步态，令用户走路更加流畅自然。

（四）上肢仿生手

奥索的爱灵必量子仿生手是全世界唯一能够通过简单姿势改变抓握模式的上肢假肢，帮助无数手部截肢患者重新恢复正常生活。2024新款仿生手的手指全新升级为钛合金材质，更轻巧、更坚固、更耐用。

三、运动假肢的关键技术

（一）骨整合技术

传统假肢主要通过外部套筒与残肢连接，存在皮肤摩擦、信号干扰等问题。而麻省理工学院研究团队开发的仿生膝关节假肢采用了骨整合技术，直接将金属植入物与残存的骨骼相连接，同时重构截肢残端的肌肉组织，并在肌肉中植入永久电极，构成了一个“机 - 神经 - 肌肉”一体化接口。这种设计让假肢与人体之间实现了更精准、更灵敏的信息交换，使截肢者能够更好地控制假肢的动作。

（二）磁流变感应技术

奥索的锐欧仿生磁控膝关节采用了独特的磁流变感应技术，可实现每秒钟1600多次的实时阻尼调节，令用户在行走过程中实现“零延迟”的自然步态。

（三）非侵入式脑机接口技术

武汉“残疾人智能假肢公益救助项目”配发的智能仿生假肢搭载了非侵入式脑机接口技术。该技术能够根据使用者的运动意图进行实时响应，实现更自然的步态控制，不仅支持日常行走，还可完成跑步机训练、室内骑行等多种动作，显著提升了使用体验和安全性。

（四）智能调节技术

智能仿生假肢能感知穿戴者的运动意图，自动调节步态，从容应对坡道、障碍，具备防摔倒功能。其智能关节中的微处理器就像人类大脑一样，能每秒上百次地感知患者的步态、运动意图，及时调整关节的阻力和运动速度，以确保假肢生物力学曲线，做到与患者身体完美契合。

四、运动假肢的实际应用案例

（一）北大软体膝关节假肢的应用

研究团队邀请了三名残障志愿者参加一系列行走实验，包括1m/s和1.25m/s跑步机行走，上、下15cm台阶，上、下10°斜坡，跨越障碍等。结果表明，尽管残障志愿者对软体假肢不熟悉，仍可以穿戴软体膝关节假肢以正常步速和较快步速行走，并具有更好的步态对称性，受试者不仅更省力，受到的冲击也更小，主观上也认为行走时的舒适度更高。

（二）奥索运动假肢在进博会的展示

在第七届进博会上，奥索公司带来了多款假肢仿生产品。奥索大使胡玉涛现场演示暴风飞毛腿大地运动脚板；最新奥索大使杜小坡穿戴普欧仿生智能踝进行萨克斯演奏；奥索大使王蓓英现场展示超级暴风飞毛腿，通过表演精彩歌舞，展现了该脚板良好的步态掌控力。这些展示充分体现了奥索运动假肢在实际应用中的出色表现。

（三）武汉智能假肢公益项目

武汉市“残疾人智能假肢公益救助项目”聚焦16至30周岁、家庭经济困难的截肢残疾青年群体。首批3名受助者年龄在16岁至29岁之间，均因交通事故导致下肢截肢。此前他们只能依赖传统假肢维持基本出行，存在上下楼困难、雨天易摔、行走疼痛等问题。配发的智能仿生假肢搭载非侵入式脑机接口技术，在重量、能耗和适配性方面均有明显提升。受助者完成适配后，行走能力和生活质量得到了显著改善。例如，16岁的学生李某某能够独立上下楼梯、稳定行走；17岁的张某某重燃了对运动的兴趣；29岁的刘某某行走效率和稳定性明显提高。

（四）宁波智能仿生假肢适配项目

宁波市全面启动智能仿生假肢适配专项工作，为符合条件的残疾人提供政府补贴。海曙区居民戴师傅装上智能仿生假肢后，走路姿态更加自然，上下楼梯更加从容；江北区居民何大爷穿戴上适配的智能仿生假肢后，走路平稳、自然。该智能仿生假肢能感知穿戴者的运动意图，自动调节步态，具备防摔倒功能，还能通过手机App切换不同运动模式，实时显示电量、步数等数据。

五、运动假肢面临的挑战与解决方案

（一）舒适性问题

传统假肢存在皮肤摩擦、重量大等问题，影响了穿戴的舒适性。解决方案包括采用新型材料，如软体材料，减轻假肢重量，减少与皮肤的摩擦；优化假肢的设计，使其更贴合人体的生理结构，提高舒适度。例如，北大的软体膝关节假肢通过折纸结构的设计和材料的选择，提高了穿戴的舒适性。

（二）功能性局限

目前市场上的假肢在复杂运动功能方面存在局限，无法满足残障人士多样化的运动需求。解决这一问题需要不断研发新的技术和设计，如采用更先进的传感器和控制系统，提高假肢的运动灵活性和精准度。麻省理工学院的仿生膝关节假肢通过骨整合技术和重新构造拮抗肌结构，让截肢者能够完成更加复杂的动作。

（三）成本问题

运动假肢的研发和生产成本较高，导致价格昂贵，许多残障人士难以承受。为了解决这一问题，可以通过政府补贴、公益项目等方式减轻残障人士的经济负担。例如，武汉的智能假肢公益项目和宁波的智能仿生假肢适配项目都为符合条件的残疾人提供了一定的经济支持。

（四）适配和维护问题

运动假肢的装配和适配需要专业的技术和设备，而且需要根据患者的身体状况和使用情况进行持续的调整和优化。建立专业的适配和随访体系，加强对患者的指导和服务，可以提高假肢的使用效果和长期适配性。宁波市康复医院建立了相应的随访体系，医生根据患者反馈的使用情况和相关数据，对假肢进行持续优化调整。

六、运动假肢的未来发展趋势

（一）智能化与个性化

未来的运动假肢将更加智能化，能够更好地感知使用者的运动意图和身体状态，自动调整运动模式和参数。同时，假肢将更加注重个性化设计，根据每个患者的身体特征、运动需求和生活习惯进行定制，提高假肢与人体的适配性和使用效果。

（二）生物融合技术的发展

随着生物医学和工程技术的不断进步，运动假肢将与人体组织实现更深度的融合。例如，进一步完善骨整合技术，使假肢与骨骼、肌肉、神经更好地结合，实现更自然、更精准的运动控制。同时，可能会出现更多利用生物信号进行控制的假肢，如脑机接口技术的进一步发展。

（三）材料创新

新型材料的研发将为运动假肢的发展带来新的突破。例如，更加轻质、高强度、具有良好生物相容性的材料将被应用于假肢的制造，提高假肢的性能和舒适度。

（四）应用领域的拓展

运动假肢的应用领域将不断拓展，不仅局限于辅助残障人士的日常活动和运动，还可能在康复治疗、体育竞技等领域发挥更大的作用。例如，未来可能会出现专门为运动员设计的高性能运动假肢，帮助他们在体育赛事中取得更好的成绩。

运动假肢的发展为残障人士带来了新的希望和机遇。通过不断的技术创新和应用实践，运动假肢将在提高残障人士生活质量、促进他们融入社会等方面发挥越来越重要的作用。同时，我们也应该关注运动假肢面临的挑战，积极寻求解决方案，推动运动假肢技术的不断进步。