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刀锋战士11个月大时被截肢 碳纤维义肢装出战2012奥运 |
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几千年来，假肢装置一直没有什么改变，直到当被截肢的运动员们加入了设计假肢的队伍中来的时候，一切就彻底的变了。  奥斯卡·皮斯托瑞斯 奥斯卡·皮斯托瑞斯，是一位不平凡的南非残疾人。他失去了双腿，却有着惊人的奔跑速度。他是残奥会世界短跑纪录的保持者。当年，他400米的成绩是45.07s，这足以使他在奥运会上取得第五。但是，运动型假肢产生的效果遭受争议。通过对“刀锋跑者”奔跑录像的细致研究，专家认为皮斯托瑞斯因为假肢装置受益良多，这也许是他成绩惊人的主要原因。 于是许多人对他的参赛提出否认。不过，也有支持者认为奥斯卡主要靠的是精神，而不是假肢的高科技，使自己达到飞人的高度，他依旧是有资格的。最终，他被选入了2012伦敦奥运南非接力赛的名单，成了奥运会历史上第一位双腿截肢的运动员。 关于 “飞毛腿”假肢装置 皮斯托瑞斯所用的假肢装置正是“飞毛腿”。这款价值1.5万英镑的假肢产品，由冰岛一家知名残障人器械公司“奥索”(ossur)研制。它由50~80层碳纤维构成，大约有8镑重。为了更适于跑步，“脚跟”还添了一条耐克跑鞋的鞋底。    它是由一位被截肢的生物医药学工程师，范·菲利普，设计而成。他于1976年发生事故被截肢。菲利普发现原先的假肢无法进行跑跳，便着手开始设计，并于1984年完成了“飞毛腿”的设计。 在研究过程中，菲利普发现，碳纤维不仅又轻又坚韧，而且最重要的是，碳纤维是各向异性的，这使得碳纤维极富弹性，可以根据水平、竖直方向上的受力不同而改变。这就使得用碳纤维做成的假肢足以返回运动员所需要的能量。 J-型设计  J-型设计很关键。在显微镜中，碳纤维呈J型排列。这也就是说，在J型的顶端，“飞毛腿”之所以如此坚硬，是因为运动员所施加的、向下的力，正好顺着碳纤维的纹理。而在J型的曲线上，这样的力又正好垂直于纤维的纹路。随着远动员迈步时对地用力的变化，曲线也随之弯曲。而当运动员步子离开逐渐地面时，之前给予曲线的能量会通过J型坚硬的顶端释放给自己的身体。 给“无腿的单车骑手”的难题  骑单车也是一项很受欢迎的运动，但是，对于假肢装置设计者，给“无腿的单车骑手”设计假肢装置也是具有挑战性的。其中，最大的挑战是，如何将踩踏板力高效地运用在循环的踏板环中，而不仅仅只是简单地一上一下。 赛斯·爱思特的“节奏”，这是一款膝下的假肢，它是如今最具有发展前景的假肢装置之一。 关于“节奏”假肢装置  其设计的智慧不仅在于脚踝处有个转轴，而更在于可以对假肢的控制。在它的人造脚后跟和下肢之间是一根弹性管。当残疾的单车骑手在踏板的循环最高处向下踩踏板时，这种人造下肢会绕脚踝处的转轴转动，此时，脚也随之向上，而脚后跟向下。这种伸展正是弹性管的功劳。当踏板运动到底部时，被弹性管储存的能量会被释放出来，这就使脚后跟向上，并带动转轴使脚趾向下。通过这种方法，足尖可以在前1/4的循环中向上，而在第二个1/4中稍平些，这对于健全的单车手在骑车时也同样如此。凭此方法，就使截肢的远动员足以控制脚的旋转了。 但是，这种设计缺少了膝盖的成分。而踏板的运动循环中，是需要膝盖的链接，来使循环运动自如地保持足够的坚韧，将所施的力传递给踏板。为了解决这个问题，于是，最新的假肢在膝盖设计上，融入了传感器、流体力学和电磁学的理论。 就比如，“Ossur Rheo 膝盖”，其内部是由一种含有微小铁离子的半粘流体组成的。 第六感：假肢的未来  运动型假肢的未来将会是什么的呢？不幸的是，截肢的单车骑手并不怎么使用发展至今的假肢装置。假肢装置的这些原理虽听上去很行得通，但其实存在不少的问题，我们还没有制作出足够优秀的、用来监控力的传感器。同样，电传感器也存在问题。所以我们未来面临的最大挑战是：如何制造出一款更牢固、更柔韧的新型传感器，来避免相互冲突的问题。而可能解决办法就在于再度深入探究所用材料和包含的物理理论。 就比如，J-型假肢。杰隆·米斯恩已经将光学力传感器代替原来的电传感器。这其中，包含了一层叠一层的、超薄的3层（如上图）。第一层：激光源；第二层：可变形的硅层；第三层：感光二极管。3层叠加，总的厚度约180微米。而原理很简单：在未受干扰时，激光束层与二极管层并排。一旦有了剪切的压力，第二层会变形，第一、三层位置因此发生变化。因此，二极管捕捉到的激光的光亮会随之越来越暗，其电的产量也会随着压力不同而成比例的变化。这样就可以调整假肢，使它和健全的人们的肢体一样运作了。 假肢发展的潜力无限。 或许未来，“即使没有双腿，也能跑得全世界最快”不再只是梦了。 来源：生物谷 | |
发表于 2015-11-10 21:04:38
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