科技新報／MIT出身生化義肢 讓截肢舞者跳倫巴舞
2013 年 4 月 15 日，美國麻州首府，也是歷史名城波士頓，正值美東時間下午 2 點 50 分，天氣晴朗，在科普里廣場上，一場馬拉松的許多參賽者正跑向終點，此時賓拉登已經伏法將近 2 年，也沒有任何恐怖組織對美國發出挑釁或威脅，衆人絲毫不認爲會發生什麼意外，開開心心的，觀賽的人加油着，參賽者努力跑向終點，突然間，兩枚炸彈分別在終點線附近觀衆區，與一家體育用品店先後爆炸。
這就是日後我們稱之爲波士頓馬拉松爆炸案的慘劇，造成多人死傷，更造成大量的截肢傷患，是一場人間悲劇。但爲了幫助這些傷者，美國的科技能量也動員了起來，其中，就包括生化義肢技術的領導者 BiOM。
BiOM 成立於 2007 年，來自著名的麻省理工學院（MIT），創辦人休‧賀（Hugh Herr）教授也有個背景故事，原來他本人就是個雙腿截肢者。他熱愛攀巖，1982 年，在一次攀巖意外中，失去了雙腿，當時他還年輕，但他發現，穿上義肢之後，他竟然還是能回到山上，繼續攀巖，而且可以根據地形不同，更換不同義肢，譬如腳部尖細，可以插進巖縫的義肢，或是腳部直接是雪釘的義肢，有時比真的腳還好用。他自身經歷，讓他對義肢有了全新思考，他認爲不是人有殘障，是科技殘障，過去身體殘缺就被視爲殘障，是因爲科技落伍，只要科技進步可以讓所有缺手斷腿的人，都能回到正常生活。
抱持這項信念，他在 MIT 鑽研生化義肢科技，2004 年，他的團隊所開發的生化膝蓋入選《時代雜誌》當年評選的十大發明，2007 年團隊開發的人工踝關節再度入選《時代雜誌》當年評選十大發明，創辦了 BiOM 之後，2011 年，他被《時代雜誌》譽爲是「生化義肢的領導者」。
過去的義肢多爲被動式，也就是說主要是靠身體還留存的其他部位肌肉的力量，利用身體動作去牽動義肢移動，這樣的義肢使用起來相當費力，也不可能做出太精細的動作。BiOM 所開發的生化義肢，則不僅本身有動力，還有感測器與運算晶片，更有電極與殘肢連結，測量肌肉電位，儘量模擬真實肢體的人體工學、移動方式，與控制性。
波士頓爆炸案之後，休‧賀同爲截肢者，前往探視截肢的傷患，當他聽到一名舞者雅德黎安（Adrianne Haslet-Davis）因爆炸案截去一隻小腿，可能從此無法再跳舞，他非常難過，接着又想到，自己就是義肢專家，公司有資源、有技術，何不投入研究，看能不能讓雅德黎安重返舞臺？
2010 年起，BiOM 所開發的人工小腿系統，已經幫助了 900 位截肢傷患，其中有 400 人是戰傷退伍老兵，這套系統會感應人體的動作與地面狀況，自動調整踝關節輸出的力道，就跟真正的人類腳踝與小腿肌肉的作用一樣，也還會感應大腿肌肉的緊張程度，如果使用者大腿用力想跑步，人工小腿系統就會感應到，而加強輸出力道，如此一來，穿着人工小腿系統的使用者甚至還能跑步，在崎嶇的碎石山坡上也如履平地。
2013 年 7 月，BiOM 推出第二代的 BiOM T2 系統，休‧賀就打算用這套系統來幫助雅德黎安回到舞臺，不過要跳舞可不比只是跑步，於是公司特別組織一個任務團隊，研究舞者所需的所有動作，在 200 天的辛苦開發後，最後的成果，是當休‧賀於 2014 年 3 月在 TED 上演講時，最後的壓軸，就是請雅德黎安來一曲倫巴舞，贏得全場觀衆的掌聲，更讓雅德黎安激動落淚。
TED 上的這曲舞，讓 BiOM 之後平均每天都接到 100 封以上的詢問電子郵件。
不過 BiOM 的目標並不只是讓截肢者能跑能跳舞，還有更長期的健康目的，更甚至能幫助四肢健全的人。
BiOM 之所以要開發具有主動動力的生化義肢，目標之一是要預防退化性關節炎，過去使用被動式義肢的截肢者，因爲義肢無法根據身體動作的需要作出迴應，因此動作十分費力，造成骨骼關節的負擔，久而久之，關節受損，發生退化性關節炎。
不只截肢者，一般人也一樣會發生退化性關節炎，老年人隨着年齡增加，肌力逐漸喪失，於是相對的，關節承受的負擔也相對越來越大，最後發生退化性關節炎，或是發生下背痛，退化性關節炎是老人臥牀無法走動的頭號原因，而老人一旦臥牀不動，往往很快會健康狀況惡化，因各種併發症過世。
生化義肢技術既然可以幫助截肢者，預防他們發生退化性關節炎，自然也能應用在四肢健全的人身上，BiOM 計劃以相同的感測器與軟硬體技術製作動力外骨骼系統，未來當年老體衰，穿上動力外骨骼系統一樣健步如飛，但方便是一回事，更重要的是有了外部支撐，關節承受的壓力與不穩定性帶來的負擔減輕，就不容易得到退化性關節炎。
否則，當膝蓋壞掉了，就也只好求助 BiOM 的人工膝關節。人工膝關節其實是團隊最早的產品，關節內部有許多浮於油中的鐵粒，外部則以磁場控制鐵粒，當站直時就鎖住膝關節，要行走時就鬆開膝關節，此技術後來授權給冰島公司 Ossur，但合作不甚愉快，後來休‧賀教授在 2006 年自己推出了 iWalk 人工膝關節，如今安裝在數千名患者身上。
應用在踝關節上，雖然技術不同，但這個放鬆與鎖住的原理是相同的。當踏下一步，腳跟着地時，人工踝關節的僵硬度提高，吸收踏步的能量並提供向前的推力，而當要提腳時，人工踝關節不僅釋放方纔吸收的力道，還因應地面狀況，額外施力，就像平常腳部的動作，提供額外的推進力。
休‧賀教授表示，穿着生化義肢，跟穿傳統被動式義肢，其中的差異，就好像前者是走在機場的平面輸送帶上，十分省力，後者則是相較之下有如自己耗力走路。
BiOM 與在 MIT 的團隊，最終目標則是「物我合一」，讓生化義肢感覺起來就跟真的手腳沒有兩樣，有如電影《星際大戰》中路克（Luke Skywalker）的義手。要達成這個目標，團隊研究把斷肢上殘留的神經，一一細分出來，感應運動神經的電位變化，傳送到各處的主動動力源，另一方面，則將感測器的資料傳達給殘留的感覺神經，這樣一來，生化義肢將能隨心所欲的運動，還能有感覺，跟真的腿沒有兩樣。
若真能實現，將造福相當多的肢障人士，包括美國的許多在阿富汗遇上地雷的士兵，當然，BiOM 也因此得到美國退輔會（Department of Veterans Affairs）、美國陸軍遠距醫療與先進科技研究中心（Telemedicine and Advanced Technology Research Center ；TATRC）的投資，加上其他風險創投，總投資規模約 5,000 萬美元。
BiOM How MIT brainpower returned a dancer to the stage（圖片來源） Bionic ankle ‘emulates nature’
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