“12腿”名模和南非“刀锋战士”，成功逆袭都靠碳纤维义肢丨科通社

“上天不给你腿，那为什么不去飞？”今天要讲的两个故事，不仅仅让你得到正能量的生活启示，还展示了一种改变某些残...

上天不给你腿，那为什么不去飞？”今天要讲的两个故事，不仅仅让你得到正能量的生活启示，还展示了一种改变某些残疾人士人生的科技装备。

整理/新媒体编辑 吕冰心

Aimee Mullins，你可能没听过她的名字，但一定见过这个人。



自信优雅，风姿绰约，眼神坚定，落落大方。



她是巴黎欧莱雅的广告代言人，被《people》杂志评为：世界最美的50人之一。

她的人生带了些传奇色彩，似乎从小就是上帝的宠儿，开了挂一般。少女时期，一直保持着垒球少年组最快偷垒记录。



作为不折不扣的学霸，拿全额奖学金考上美国名校：乔治敦大学，读历史和外交两个专业。



大学期间一路过关斩将，用自己的智慧和才能，打败其他竞争者，获得五角楼情报分析的实习工作，部门一共249人，她是唯一的女性。



21岁参加运动会，赛出百米17.01秒，跳远达到3.14米，一举打破两项世界纪录。



99年退役后，进军模特界，接拍广告，T台走秀，为明星开场。



在Aimee身上，我们似乎能看见无限可能，她才是那个集美貌和才华于一身的女子。



但是，

以上的所有成就，

Aimee都是踩着假肢完成的。



垒球、跑步、跳远、滑雪，我们的全能女神，穿的都是碳纤维短跑义肢。



而且，她是世界上第一个使用这种设计的人。

有人说，她是一场戏，是一个传奇。她自己说：“真正的残疾，是被击败的灵魂。”



她有12双腿，今天175cm，明天就181cm，常被人调侃“不公平”，她就笑答回去“我高兴”。



正因为她的成功，才让短跑义肢在运动界得到广泛应用。



同样受益的还有另一位残疾人运动员——来自南非的奥斯卡·皮斯托瑞斯（Oscar Pistorius）。人们把他称之为现实版“阿甘”、“刀锋战士”、“世界上跑得最快的无腿人”，残奥会上的博尔特。



▲奥斯卡·皮斯托瑞斯

皮斯托瑞斯在年少时期一次橄榄球比赛中膝部受伤，之后开始进行跑步式康复，没想到就此挖掘出短跑天赋来。从此，他转而参与田径训练。

仅仅走上跑道一年之后，17岁的皮斯托瑞斯穿着“豹式刀片式假肢”旋风般地成名。2004年，奥斯卡开始转型成为一个职业运动员，100米和200米的短距离跑步是他的主攻项目。出人意料的是，短短三周的专业训练之后，奥斯卡就刷新了他所在的T43/44级别的200米世界记录！短跑训练不过2个月，他便在100米中跑出了11秒51的成绩，将原12秒20的残疾人世界纪录远远甩在身后。同年，他就出战了2004年雅典残奥会，并取得100米铜牌和200米金牌。

而他穿戴的也是碳纤维义肢。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。

“如果碳纤维义肢断了，我就没戏了。”奥斯卡曾这么说到。碳纤维特性：轻巧、坚韧、极富弹性



假肢的质量对下肢截肢患者运动所消耗的能量有直接的影响。因此，在实际为患者装配选择假肢零部件时，都会充分考虑满足患者要求功能的前提下，尽可能选择质量轻的下肢配件。

高性能复合材料具有极佳的硬度和强度、优异的耐腐蚀性和抗疲劳特性，且重量轻。一些强度高、质量轻的材料，如钛合金、超轻铝合金、碳纤维复合材料等，在设计与制造下肢假肢零部件时被广泛使用，使现代假肢功能更完善、质量更轻。

而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，碳纤维之所以如此坚硬，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。



▲对于截了肢的跑者来说，刀锋式跑步假肢不再是又沉又笨的假腿

碳纤维层在脚趾的部位最薄。在每步的最后，薄的脚趾需要较少的能量和反应时间---更快的回弹意味着步频和速度更快。 工程师在不同的点为刀锋设计了不同的厚度，模拟人脚的能量和吸震区。跑步产生的能量，根据步幅的阶段（如落地、脚尖离地等），在不同的区域存贮、释放。刀锋的弯曲部吸收了最大的压力，存储和释放因撞击产生的潜在能量。这里的炭层和插槽连接处是最薄的。

可拆卸垫板由橡胶制成，提供更好的抓地力，磨损后可更换。

技术人员增强了Flex-Run的C形曲线。更长的曲线增加了能量的回弹和后蹬的前驱力。刀锋灵活性增强了，也减少了每步的弹起，提高了控制力和效率。

碳层的数量和定向可以调整硬度，以适应跑者的体格和偏好（长距离跑、越野跑等）。炭层与环氧基树脂混合，高温压合而成。

为耐力跑设计的假肢因为受力更低、与地面的接触时间更长，所以比短跑款更薄、更灵活。跑步是以一种快速、重复的顺序，吸收、存储、释放能量的过程。健全人用肌肉和肌腱引导这种能量；对残疾人跑者来说，碳纤维刀锋可以替代肌肉的工作。



落地:

健全人：一个130斤重的人在跑步的时候，每一步落地都要承受体重2.5倍到3倍的力量。阿基里斯肌腱、腓肠肌、股四头肌吸收和临时存储这些冲击力，作为潜在的能量。

使用刀锋的跑者：随着假肢的落地，臀部和股四头肌吸收部分冲击，刀锋内部像弹簧一样储存其余的能量。能量传递:

健全人：股四头肌、腓肠肌将所有的潜在能量加载在电池一样的阿基里斯肌腱上。

使用刀锋的跑者：臀部肌肉、股四头肌、臀大肌将这些能量传送给刀锋。长如发丝的石墨纤维共同作用，跟跳水踏板差不多，将储存的能量传送到仍与地面接触的前缘。

脚尖离地：

健全人：从脚踝到臀大肌的肌肉推进跑者向前，阿基里斯肌腱像弹弓一样工作，释放其存储的能量。

使用刀锋的跑者：随着刀锋的卷曲，会将向下的力转为向前的动能---除非收缩新肌肉。而这是人类的腿做不到的。随着刀锋的卷曲，它在恢复原状前会释放其存储的80-90%的能量。

（本文由北京科技报全媒体中心编辑制作。综合自“InsDaily”、“汽车轻量化CFRP” 、“Geus工业设计” 微信公众号 ）

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