在过去的十年里，儿童仿生手臂发生了巨大变化。许多创新来自于本地组织，例如佛罗里达大学中央校区（UCF）的Limbitless Solutions，正在引领这一领域的发展。
十年前，佛罗里达中部的儿童仿生手臂技术刚刚起步。那时的仿生手臂无法承受太重的物体，制造和替换费用高昂，特别是对正在成长的孩子来说。它们的外观也缺乏个性。然而，3D打印技术的出现推动了今天儿童假肢的快速发展，这些假肢不仅更坚固，还常常被设计成类似于科幻或奇幻故事中的角色。一小群来自佛罗里达大学中央校区的工程师响应了一位母亲的呼吁，帮助她为6岁的儿子制造一只3D打印的仿生手臂。
“这只是一个小小的副项目，只有我们几个人在努力寻找如何帮助一个本地家庭，尝试将我们的学术知识付诸实践，”Limbitless Solutions的现任总裁Albert Manero表示。
该小组成功地制作了美国首个“3D打印电生理仿生手臂”，这标志着Limbitless Solutions在未来十年中取得的一系列重要进展——也是仿生手臂整体发展的缩影。
从最初的15人团队开始，Limbitless Solutions如今已发展成为一个有57名本科生和研究生、以及五名全职员工的团队，位于佛罗里达大学中央校区附近。团队成员涉及多个领域，包括开发视频游戏软件的学生，用于设计一些有趣的方式来帮助孩子们学习如何使用新手臂。Limbitless已经先后与60个家庭合作，帮助孩子们装上仿生手臂，并在此过程中推动技术不断进步。
▍给孩子们装上“武器”
先天性肢体缺失是罕见的疾病。根据美国疾病控制与预防中心（CDC）的数据，每10,000人中约有4人出生时就存在上肢缺失。在佛罗里达州，2016至2020年期间，共有350个婴儿出生时存在肢体缺失，这是该州卫生部门提供的最新数据，其中23名出生在奥兰治县。Limbitless Solutions通过临床试验、捐赠假肢等方式，帮助全州及全国各地的孩子，并跟踪患者数据，以改进假肢技术。
其中一位孩子是12岁的Eloise Bayliss，她出生时只有一只手。她喜欢踢足球、弹奏五种乐器，并且热爱钓鱼。Eloise说道：“我是那种喜欢户外活动的孩子。我不喜欢整天待在家里，我也喜欢和隔壁的朋友玩飞盘枪，我也喜欢画画，还喜欢玩电子游戏。”
在成长过程中，她尝试过许多不同的假肢，但她表示它们都缺乏实用性。“我们会告诉（工程师）她需要一个能做这个的手，或者她需要一个能挂在自行车上的附件，但那些东西都是成人尺寸的，”她的母亲Elizabeth Bayliss说道。“当时还没有人具备制作儿童假肢的技术。而且那些假肢并不实用，根本没什么用。”
Bayliss一家寻找合适假肢的过程，不仅是为了实用，还为了改善Eloise的社交和心理健康。在学校里，孩子们会指着Eloise的肢体差异并欺负她。当她戴上仿生手臂去上课时，情况就不同了。问题从“你怎么了？”变成了更具好奇心的“那是什么？”这为她带来了巨大的变化。
Elizabeth表示，Eloise已经参加了Limbitless Solutions的临床试验三年。“他们是非常棒的人，技术也在不断进步。”一年前，临床试验结束，Eloise归还了手臂。然而，三个月前，Eloise开始与另一家仿生手臂公司Open Bionics合作。该公司总部位于英国，在奥兰多有一个诊所，也庆祝了成立十周年。
这款手臂能承受30磅的重量，并且Eloise非常喜欢这只手臂，她可以用它弹钢琴、骑自行车，但她最喜欢的事情之一是用手臂捉弄她的朋友——握住他们的手并把他们困住。“他们根本逃不掉，有时候还会被夹到，”她笑着说道。不过，她还没尝试过用它玩电子游戏。
最近，Open Bionics与迪士尼公司合作，赠送给Eloise一些青绿色的附件，以个性化她的手臂，灵感来自迪士尼的《海洋奇缘2》，手臂背面还刻有特菲堤之心。“这太酷了！”她在打开礼物时兴奋地说道。
▍为假肢增添个性
个性化手臂是过去十年仿生假肢领域的重要发展之一。Manero表示，“我们正在与一些新的合作伙伴一起开发一些新的外观组件，努力创造更具表现力的设计。”在研究过程中，Limbitless发现，手臂既要具有功能性，也要成为用户个性的一部分，这同样重要。这种表达方式有助于消除一些与仿生手臂相关的社会污名。因此，Limbitless Solutions与创意合作伙伴共同投资开发不同的涂装技术，打造更亮眼、更激动人心的设计。
该组织还与Halo Studios和Riot Games合作，设计了以《光环》和《英雄联盟》角色为灵感的手臂。该组织希望一直是找到优秀的合作伙伴，利用他们的故事讲述能力，让孩子们能够认同并与之产生共鸣。
▍3D打印的复兴及未来
当3D打印作为假肢的选择出现时，它在成人假肢中并不适用。材料轻且容易破损，佛罗里达大学生物力学教授Dan Ferris说道。“后来人们意识到，3D打印假肢在儿童身上可能会有效，”Ferris说道。“随着尺寸变小，所有材料相对于重量的强度都会增强。”
3D打印还解决了儿童假肢领域的另一个问题——如何跟上孩子的成长。加工假肢部件成本高昂，随着孩子不断长大，制作新部件显得不切实际。“3D打印解决了这个问题，因为你可以快速、轻松地更换部件来调整尺寸，而不需要重新设计整个假肢，”Ferris说道。
3D打印给儿童假肢的制作带来了极大的便利，许多大学的工程学学生和俱乐部因此纷纷加入这一领域。“最初的几代并不理想，”他说。“但随着时间的推移，越来越多先进的技术开始应用，大学的研究实验室也开始参与其中，致力于改进设计。”
在Limbitless Solutions，团队于2021年迁入了新的总部，这里有60多名员工在努力推进技术的进步。部分学生正在与用于移动手臂的技术合作，将其应用到ALS患者的轮椅上，改善他们的移动能力。其他学生则将3D打印与更耐用的注塑材料结合，进行改进。“手指以前太脆弱，但现在有了我们的新注塑机，这个问题不复存在了，”Manero说道。
目前，Limbitless Solutions与奥兰多健康合作，开展临床试验，每次试验将为20名孩子提供新的仿生手臂，并为Limbitless收集数据，以进一步改进假肢。“从最初的厨房桌旁小项目，到今天成为一个繁荣的研究设施，看到这个项目的成长真的太不可思议了，成千上万的学生投入其中，还有我们的员工和合作的教职工，”Manero说道。
Ferris表示，Limbitless Solutions以及整个仿生假肢社区的快速发展让他非常兴奋。“我们正处在一个指数级增长的转折点，所有的技术、科学和工程都在以比以往更快的速度发展，这让我们在一年内取得的进步相当于过去五年的成果，”他说。“我非常喜欢知道，十年后，我会被我们能实现的目标惊呆。”
来源：达奇月泉仿生科技
