像刀片一样的义肢

刘娉婷

10岁的日本男孩斋藤暖太自从8年前右腿被截肢，只能依靠传统假肢生活。因为无法负担几千美元的竞技义肢，他再也没能参与到打篮球和跑步等体育运动中，但故事在2017年4月后发生了转变。

当时，他受邀走进了一座位于东京的特殊“图书馆”，不过这里没有书—馆内的黄色木质墙上，大大小小挂满了20多个像刀片一般形状的竞技型义肢。有需求的消费者只需要每天花费约9美元，便可以在规定的场地内使用。那是斋藤暖太第一次体验在义肢上绑上刀片义肢，像正常人一样跑跳—他又能重新回到赛场训练，去实现参加残奥会的梦想。

这座义肢图书馆由一家专门为跑步者开发义肢的初创公司Xiborg建造。2014年，日本人远藤谦创立了Xiborg。3年后，一款被命名为“Xiborg Genesis”的J型碳纤维材质的刀片式义肢诞生了。

然而在日本，安装竞技型义肢没有被纳入到“日常所需”的范畴中，因此政府没有对此项目提供任何津贴。为了建造义肢图书馆，远藤谦通过网络众筹的方式获得约15.63万美元的资金，“截肢成为很多人不能跑步的原因，但我想创造一个人人都能自由跑动的环境。”他说。

2003年，远藤谦从日本庆应义塾大学硕士毕业两年后，加入了美国麻省理工学院媒体实验室的生物电子学小组，并对人体的物理能力控制和下肢假体研发产生了浓厚兴趣。他的目标是研发出一款义肢，帮助运动员在2020年东京残奥会100米短跑比赛中打破金牌纪录。

其实早在2004年，刀片型义肢已经出现在雅典残奥会的赛场上。来自南非的奥斯卡·皮斯托瑞斯（Oscar Pistorius）穿着由冰岛假肢矫形器材公司奥索定制的“豹式刀片式义肢”取得了100米的铜牌和200金牌，从此一战成名，被誉为“刀锋战士”。

“豹式刀片式义肢”价值近2万美元，由50至80层碳纤维构成，重量约为3.6千克。为了更适用于跑步，它的“脚跟”处还特别添置了一条耐克跑鞋的鞋底。跑步者穿上义肢后，虽然起跑速度较慢，但跑动时能将97%的能量反弹，且后期加速度很快。

不过，跑步者的肌肉群发力特点也被改变，因此，它引发了国际上对其是否违背比赛竞争公平环境的争议。经過国际体育仲裁法庭和国际田联对新技术的测评，直到2012年伦敦奥运会，皮斯托瑞斯才和其他运动员一起站在了男子田径400米预赛的起跑线上，并顺利进入半决赛。

Xiborg Genesis的诞生是刀片式假肢领域的一个突破。远藤谦选用碳纤维增强复合材料作为义肢本体材料，既强化了义肢的弹性和坚固度，又减轻了质量。除了体育用品行业，它目前还被普遍应用在军事、航空和赛车等领域。

但仅仅增强弹性，并不意味着义肢会变得更快，选手的跑动状态、身体平衡感甚至跑动时的肌肉力量波动等因素都要在设计时考虑。远藤谦告诉《第一财经周刊》，刀片从中部到后部的曲线弯曲弧度至关重要，它决定义肢在垂直方向的稳定性和前进的位移距离。

为了了解跑步的原理，因此远藤谦的第一步是研究走路和跑步时的区别。它们虽然都属于双腿向前伸展的运动，但肌肉的使用方式和双脚每次在运动后离地的方式有明显区别。

走路时，地面对人的鞋底产生的力被称为“地面反作用力”。当脚底接触地面时，才会产生两个不同的峰值；而当跑步时，这两种力会同时发生，只会产生一次地面反作用力。

当时已有的竞技义肢都是根据每位运动员的身体素质特点定制，远藤谦希望刀片式义肢可以大众化，对每个人都适用。但想要研发出最佳的义肢需要足够量的数据支撑，这也是远藤谦遭遇到的最大挑战。

2014年，他先与日本3位顶级的残疾运动员签约，并且在索尼计算机科学研究所股份有限公司、化工公司东丽等企业的赞助下，拥有了研发经费和场地。他将研究室在紧挨着6条60米长的跑道，便于研发出来的产品马上投入场地试用。但场地周围并没有安装可以记录数据的设施，只能依靠运动员的体验给予反馈。为了最大化发挥跑道的价值，远藤谦还将跑道面向公众开放，不过需要收取一定金额的入场金额。目前，残障人士需要支付约4.5美元，健全人士支付7.5美元。

为了获取最精准的数据，从2014年开始，远藤谦带着3名运动员到位于日本鹿儿岛的鹿屋体育大学测试，2016年，美国残奥队短跑运动员贾里德·华莱士（Jarryd Wallace）也加入到测试的团队。鹿屋体育大学拥有一条两侧装着多台摄像机的跑道，可以拍摄下运动员跑步的画面，并且配有专业教授指导测量数据。远藤谦再分析数据找到合适的施力点，微调刀片装置。

2017年，第一代Xiborg Genesis正式投入应用。在2016年里约热内卢举办的残奥会上，亚洲地区最优秀的短跑选手之一佐藤圭太在接力赛中使用了Xiborg的刀片式假肢上场比赛，并帮助团队获得铜牌。华莱士也在Xiborg的官网上留言道：“Xiborg团队的知识和经验将帮助我实现梦想，为我成为全球跑得最快的截肢运动员发挥重要作用。”

目前，远藤谦的身份除了Xiborg公司创始人，还是索尼计算机科学实验室的成员之一。2016年开始，他就加入实验室合作研发机器人义肢膝关节踝关节，使义肢使用起来更加自由灵活。最新的研究成果“机器人下肢义肢”的脚踝和膝关节上安装了马达，当用户开始行走时，安装在义肢内的传感器会监测到腿上肌肉使用的力度和角度，且机器人义肢可以恢复踢腿、伸展腿、归位等动作，智能程度远远超过了传统义肢。

在远藤谦的计划里，今年Xiborg将会推出更新版刀片式义肢。“未来希望在全球招募更多运动员并组织国际团队，通过为运动员开发刀片式义肢来支持他们的运动。”不过，筹募资金和获取更多的数据依然是当前摆在他面前的两道难题。