纳丁·斯泰克设计了世界上最先进的假肢

作为一名在斯图加特长大并学习的工程师，Nadine Stech博士一直认为自己注定要进入汽车行业。但出乎意料的是，一场关于生物力学的随机讲座点燃了她的热情，这让她在世界上最先进的假肢之一的开发中发挥了重要作用。

斯泰克现在是位于贝辛斯托克的布拉奇福德集团的高级控制设计工程师，在那次具有重大意义的讲座之后，他作为实习生加入了这位著名的假肢专家，并一直在那里工作至今。“我喜欢的是人与机器之间的互动，”她说工程师，“这是工程学如何改变生活的一个很好的例子。”

在改变生活方面，布拉奇福德无疑有着辉煌的过去。该公司成立于19世纪90年代，为一战和二战中失去双腿或受伤的士兵生产假肢和矫形器。然后，在战后的几年里，它稳步完成了一系列技术里程碑:20世纪80年代率先使用碳纤维材料，10年后推出了首个微处理器控制的假膝。

所有这些进展都有助于改进和提高下肢假肢的性能。但这是它的推出Linx系统斯泰克在该项目中发挥了重要作用，这可能代表着该公司在技术上取得的最大进步。

Linx是为膝盖以上截肢者开发的，重2.4公斤(不到人类正常腿重量的一半)，在膝关节和踝关节处结合了4个微处理器和7个态势感知传感器。这些系统收集和分析用户、活动和地形数据，然后通过调节液压和气动执行器的阻力，不断调整假肢的性能。

至关重要的是，该系统是第一个将腿和脚完全整合在一起的系统。尽管包括布拉奇福德在内的许多制造商提供独立的微处理器控制的脚和膝盖，Linx是第一个将这些结合到一个单独的系统中，在两个关节之间有充分的信息交换的下肢假肢。

Stech解释说:“腿的表现是由脚和膝盖收集的数据决定的，例如，脚很擅长感知表面，因为它与地面接触，而膝盖更擅长节奏和不同的步法检测。”

这意味着，例如，如果脚上的传感器检测到一个斜坡，那么脚可以指示膝盖增加阻尼水平。或者，当用户停止行走时，传感器将检测到这一点，并增加所有关节的阻力，使截肢者站着不动，相信设备将支持他们。Stech说，后一个功能对截肢者来说是一个特别重要的进步，因为能够在假体和完整的肢体上平均分配重量，可以帮助完整的一侧保持健康。

要实现这种无缝数据交换，最大的挑战之一是弄清楚应该在什么时候共享什么数据。“你可以分享很多信息，但这些信息可能并不相关，”Stech说，“所以关键是要找出关节内的信息水平需要有多高，这样它才仍然有意义。”这是一个实时系统，所以你不能让信息延迟或花太多时间，因为那会影响膝盖的动作。”

Stech表示，另一个关键挑战，也是该技术商业化的关键，是找到一种方法，将所有的传感器、执行器和电子设备安装到如此轻而紧凑的封装中。事实上，有些独特的包装要求意味着腿上的许多组件，如液压缸、电动板和弹簧，都是在公司内部开发的。

Stech补充说，正是对这类领域的法医学关注，将Linx与众多同样关注智能肢体的研究项目区分开来。“在研究中，你可能会有一两个用户，然后为他们定制，但在商业上，你需要让它尽可能强大，以拥有庞大的客户群。即使研究人员想出了好点子，要把它商业化还有很长的路要走。我认为这是独一无二的，我们已经找到了一种方法，以一种强大的方式实现系统集成，以满足大量截肢者的需求。”

该公司的测试制度很好地说明了这一点，腿通常连续测试300万到500万次，大致相当于设备的预期寿命3年。除了确保布拉奇福德的工程师有信心，这些腿将满足现实生活中使用的严格要求，这些测试也为评估正在进行的设计改进提供了宝贵的机会，例如，使它更轻。

对于这类产品，功能和性能显然是首要考虑的问题。然而，Linx是一款外观引人注目的设备，斯泰克说，经过精心设计，它是一款令人满意的高科技产品，消费者可以自豪地使用。

事实上，尽管过去佩戴义肢的人经常选择将义肢遮盖起来，但斯泰克发现，在2012年残奥会运动员取得引人注目的成就后，人们的态度发生了转变。“有很多耻辱，但自从残奥会以来，人们的想法已经改变了，”她说。“我们的一些患者想要炫耀它，而不是用化妆品掩盖它。”

除了美学之外，开发的另一个主要领域是所谓的人机界面:用于将假肢固定在截肢者残肢上的插座系统。

有趣的是，尽管Linx腿中包含了所有令人难以置信的工程，但这个最关键的机械界面相对来说没有受到技术进步的影响。套接器本身的设计仍然是一个手工操作的过程，用户对技术的体验高度依赖于单个套接器临床医生的技能。斯泰克说:“目前，这是非常实际的，基于临床医生的知识。“我记得截肢者告诉我，‘我花了很长时间才找到一个好的插座临床医生，我想和他们呆在一起’。”

她说，应对这一挑战是假肢界的一个真正的热门话题，布拉奇福德一直在与南安普顿大学的研究人员合作，开发一种智能套筒衬垫，它使用集成的压力传感器来测量患者假肢残端和套筒之间界面的压力和拉力。她说，这样的系统可以使临床医生更快更准确地优化插座的安装。

目前，Linx有大约300名用户。虽然其中一些在英国，但这种设备——价格约为30万英镑——不能通过NHS获得，而且该技术的最大市场在北美。

让像Linx这样昂贵的技术得到广泛采用是一个重大挑战，这并不奇怪。但斯泰克相信，设计和制造的新方法有一天可能有助于克服一些障碍，以广泛采用类似的系统。

MovAid项目是这一领域一个很有前景的研究途径，这是一个由布拉奇福德协调的跨学科项目，涉及来自工业界和学术界的13个独立合作伙伴。

该项目由欧盟的“地平线2020”项目资助，现已进入第三年，该项目的关键目标之一是研究如何利用传感、扫描和3D打印技术来加速高度个性化的矫形器和假肢的设计和制造。Stech说，这种方法最终可以使这项技术得到更广泛的应用:“如果做系统变得更便宜，你可以把它还给客户。”

Nadine Stech医生会在第二天讲Linx腿的发展工程师会议(6)^th6、NEC、伯明翰)