徒步小径及其他崎岖地形对假肢使用者尤其困难。如今，工程师们提出了一种更稳定的方案。
新设计的核心是一种三脚足，它通过在三个不同接触点之间主动转移压力，来应对崎岖地形。研究人员表示，他们为快速模拟和改进原型而开发的工具，与这只脚同样重要。
“假肢模拟器让我们无需新硬件的额外投入，即可尝试大量不同的设计，”斯坦福大学机械工程副教授、斯坦福生物-X（Stanford Bio-X）成员史蒂文·柯林斯（Steven Collins）表示。
“基本上，我们可以尝试任何我们可能有的疯狂设计构想，并观察人们对此的反应，”他说。这样就无需逐一制造每种构想，而这项工作对每种不同设计而言可能需要数月或数年。
跌倒风险
在美国，约有五十万人失去了一条下肢，其影响不仅限于行动更加困难。截留腿部截肢者在一年内跌倒的可能性是常人的五倍，这或许是他们社交参与度往往较低的原因之一。更好的假肢也有望改善行动能力和整体生活质量。
如何让假肢更好地应对崎岖地面，格外引起了研究人员的兴趣。柯林斯、研究生文森特·邱（Vincent Chiu）和博士后研究员亚历山德拉·沃洛希纳（Alexandra Voloshina）认为，一种后脚跟朝后、两个前趾朝前的三脚结构或许能提供解决方案。
该足部配备了位置传感器和电机，能够调整其朝向以适应不同地形，这与健全人在崎岖地面行走时，通过活动脚趾和屈伸踝关节进行代偿的方式颇为相似。
但工程师们深知，完善这一设计并非易事——即使是简单的设计，采用传统方法也可能需要数年甚至更长时间。邱说：“首先你得想出一个点子，然后制作原型，再做出一个精良的机加工版本。”“这可能需要好几年，而且大多数时候你会发现它根本行不通。”
足跟与足趾
研究人员认为，如果开发一种模拟器，就可以加快这一进程，该模拟器颠覆了传统的设计流程。研究团队没有直接制造一个可在现实环境中测试的假肢，而是先制造了一个基础的三脚足，再将其连接到功能强大的外置电机和计算机系统上，由这些系统控制足部在使用者跨越各种地形时的响应方式。
这一方法使他们能够将设计重点放在假肢应有的功能上——例如行走时一个足趾应以多大力度蹬离地面、足跟应具有多大的弹性，等等——而无需同时担心如何让装置既轻便又廉价。
截至目前，研究团队仅报告了一名参与者的结果：一名60岁男子因糖尿病而在膝下失去了一条腿。早期结果颇为乐观，这让他们有信心将这些成果转化为功能更强的假肢。
“我们非常期待的一件事，是将实验室中的发现转化为轻便、低功耗、因而价格低廉的设备，并能在实验室之外进行测试，”柯林斯说。“如果进展顺利，我们希望推动这一产品走进人们的日常生活。”
这项研究由美国国家科学基金会资助，研究成果发表于《IEEE生物医学工程汇刊》（IEEE Transactions on Biomedical Engineering）。
