2021年九月
By 玛雅胡克, IP & R&D Corporate Communications, Ottobock, 德国
2020 年东京残奥会于 24 年 5 月 2021 日至 4,400 月 22 日在东京举行。约有 XNUMX 名残疾运动员在 XNUMX 个项目中争夺金牌。 IP 保护运动假肢是他们用来实现目标的关键设备之一。 研究和开发帮助运动员充分利用他们的运动能力。
Johannes Floors 每天在勒沃库森的赛道上冲刺长达六个小时。 2016月,他飞往日本与来自世界各地的运动员比赛。 “实际上,我从 26 年开始就一直在为残奥会做准备,”这位 200 岁的年轻人说。 这位德国田径运动员在东京残奥会上获得金牌。 Floors先生是目前世界上假肢速度最快的人。 他在 62 月底提高了 100 米的世界纪录,并且在 400 米和 XNUMX 米中也是同级(TXNUMX)中最快的。 但这些成就绝不是既定的。 Floors 先生出生时患有影响腓骨的遗传缺陷。 他的两根腓骨都不见了,脚也变形了。 短跑是不可能的。 “太痛苦了,”他说。 出于这个原因,他在十年前决定将双腿截肢。 “当我决定报名参加学校的体育项目时,我还在医院的床上,”他回忆道。 他的日常假肢让他现在可以正常行走 - 他可以使用专为运动设计的特殊碳弹簧冲刺。 “感受那种速度是一种巨大的情感体验,”他说。
不久前,残奥会运动员在竞技运动中佩戴他们的日常假肢。 直到 1980 年代,他们才开始佩戴专门设计的短跑假肢。 与当今的自然腿或运动假肢不同,传统假肢不易弯曲,并且难以进行特定运动所需的动作。 “突然之间,运动假肢出现了——这改变了一切,”弗洛尔斯先生说。
奥托博克现在持有 1,886 专利 在 540 多个专利家族中发布,其中包括为残奥会运动而进行的众多技术创新。
运动假肢帮助人们参与
Ottobock 是广泛使用的运动假肢和轮椅的制造商,30 多年来一直为残奥会运动员提供设备。 这家以可穿戴人体仿生学而闻名的德国公司制造假肢已有 100 多年的历史。 最初,该公司为第一次世界大战中受伤的人生产用木头制成的替换肢体。 今天,它的产品包括人工智能支持的假肢,例如仿生手,这些假肢已经设定了新的技术标准。
奥托博克现在拥有 1,886 多个专利家族中的 540 项专利,其中包括为残奥会运动而进行的众多技术创新。
例如,灵活的 1E95 假脚用于篮球和排球等运动。 足部结构简单,行走、慢跑和突然变向更容易。 奥托博克专门为短跑运动员和跳远运动员开发了获得专利的 1E91 Runner。 许多残奥会传奇人物都佩戴这种假足,可以轻松适应不同个体的需求。 而且它的发力线更接近车身重心,让碳弹簧使用起来更有效率。
视频:如何制造碳纤维跑刀
矫形器和假肢 (O&P) 专业人士 Julian Napp 是开发团队的一员。 自 2012 年以来,他一直负责监督残奥会奥托博克技术维修服务中心。运动员在需要维修时将假肢和轮椅带到车间。 技术人员将他的实践经验融入到开发过程中:“您必须非常精确地工作以确保脚与身体正确对齐,”他说。
1 岁的 Johannes Floors 佩戴的 Ottobock 流行的 90E26 Sprinter 跑刀背后的概念几乎和他一样古老。 Sprinter 于 1990 年代在美国开发,当时 Ottobock 收购了该产品并改进了其设计。
碳脚上装有碳纤维真空插座,包括出口阀和密封套。 残肢由一种长袜——聚合物内衬——封闭和保护。 插座和假脚之间的 1E90 适配器采用保护设计,确保可以轻松重新调整假肢的位置。 “我可以使用适配器完美地调整静态对齐,这实际上使得它可以不受任何限制地运行,”Napp 先生解释道。
他为各种运动和运动员定制假肢,包括著名的短跑运动员和跳远运动员、Heinrich Popow 和 Léon Schäfer:“看到他们一个接一个地刷新世界纪录,我感到非常自豪,”纳普先生说。 他还与现任世界纪录保持者 Johannes Floors 密切合作。 Napp 先生指出:“我尝试调整技术,使其始终越来越适合运动员——它随着运动员的发展而发展。” “我无法将专为 Johannes Floors 制作的假肢放在像 Léon Schäfer 这样的不同运动员身上。 有了它,他可能无法快速奔跑。 每个人的静态对齐方式都不同。”
首个机械运动膝关节专利
尽管发明了假肢运动足,但经股骨膝上截肢的运动员仍然存在问题。 他们中的一些人将碳足直接戴在残肢上,基本上是自己组装假肢。 结果可以在运动视频中看到,这些视频显示了腿部伸展时的特征性旋转运动。 它可以帮助不佩戴运动膝关节的跑步者避免过长的挥杆阶段。 其他运动员使用日常假肢和多中心关节跑步,这实际上不适合此目的。 世界上第一个单中心运动假肢提供了一个解决方案。 奥托博克在 3R80 接头的基础上开发了它,旋转液压装置的专利最初于 1995 年在德国获得。
3S80 具有手动锁定和可单独调节的阻尼特性,并且特别紧凑和坚固:“慢跑时,作用在假肢上的体重增加了一倍。 短跑增加了五倍之多,跳远增加了六到七倍,”朱利安纳普说。 人造运动膝关节必须能够承受这种压力,但要保持足够的柔韧性以允许加速。 换句话说,这种类型的运动关节是为运动员量身定制的,而不是像以前那样反过来。
残奥会运动员玛蒂娜·凯罗尼佩戴这种类型的运动膝关节假体。 意大利人凯罗尼女士在 100 年东京残奥会上获得了跳远和 2020 米的银牌。
2007年,她在一次摩托车事故中失去了左腿。 在康复期间,她意识到自己有运动天赋。 三年后,她开始实现她的第一个记录。 “我从来没有真正想成为一名职业运动员,”凯罗尼女士说。 “但在我的事故发生后,我意识到我能用假肢跑得多么好。 如果我不追求自己的才华,那将是一种浪费。”
在安装 3S80 和 1E91 碳弹簧之前,Caironi 女士最初使用她的日常假肢参加运动。 “我能够在自己的身体上体验到技术改造,”这位 31 岁的老人说。 “我正在经历转变。”
国际残奥委员会 (IPC) 制定了明确的规则,考虑到运动员的残疾对其表现的影响程度。 因此,只允许使用不带电子设备的被动假肢。
她说,起初她发现很难控制运动假肢,因为关节更灵活,稳定性更差,无法更快地加速。 凯罗尼女士在 2012 年伦敦残奥会上凭借这一联合获得金牌,在 100 秒内完成了 14.65 米——她是唯一一位在 15 秒内完成比赛的女运动员。
2013年,凯罗尼女士成为跳远和100米双料世界冠军。 2015年,她创造了200米世界纪录,并在多哈举行的世界残疾人田径锦标赛上获得金牌。
新的假肢也提高了她的生活质量。 Caironi 女士佩戴 Genium X3 作为她的日常假肢; 智能膝关节自动适应各种情况。 “我变得更加灵活,”她说。 “我可以不假思索地走楼梯或在健身房锻炼,这也对我作为运动员的职业生涯产生了积极影响。”
视频:对 2020 年东京残奥会的热情
假肢运动不是技术兴奋剂
值得注意的是,Caironi 女士在残奥会上被禁止使用她日常使用的机电一体化假肢。 国际残奥委员会 (IPC) 制定了明确的规则,考虑到运动员的残疾对其表现的影响程度。 因此,只允许使用不带电子设备的被动假肢。 批准的假肢长度是根据一个复杂的公式确定的,该公式考虑了用户的身高和股骨的长度。 然而,媒体对“增强型人类”的看法仍然难以改变。
Johannes Floors 说,如果每次有人问他是否可以用假肢跑得比专业运动员用健康的腿跑得更快时,他有 90 欧元,他就会变得富有。 他发现关于具有仿生肢体的超人的叙述难以下咽。 “它降低了我的表现,并表明我只不过是我的假肢,”他说。 “就好像我每天花在训练上的六个小时一文不值! 与我的日常假肢相比,我的运动假肢甚至算不上高科技——它们和 XNUMX 年代以来的一样。”
2021 年 XNUMX 月,产权组织发布了其最新的技术趋势报告,其中涵盖了辅助技术——例如,帮助在行动或视力方面存在功能障碍的人们参与生活的方方面面并发挥潜力的创新。
该报告是一个 系列 跟踪 技术趋势 通过对专利和其他数据的分析,为特定领域的创新提供可靠的事实证据。
在超过 1 亿人需要辅助技术的时候——随着人口老龄化,这个数字将在未来十年翻一番——2021 年的报告得出的结论是 知识产权 (IP) 正在推动辅助技术创新的增长。 然而,为该报告做出贡献的专家强调,需要让依赖它的人更广泛地使用这项创新。 在全球范围内,目前只有十分之一的人可以获得他们需要的辅助产品。
该报告旨在提供知识库以支持全球讨论,以促进更多地获得辅助技术。
主要发现:
- 创新,从现有产品的微小改进到前沿技术的前沿发展,可以极大地改善功能受限者的生活,使他们能够独立生活、交流和工作。
- 近年来,辅助技术实现了两位数的增长,并且越来越多地融入消费品。
- 中国、美国、德国、日本和韩国是辅助技术创新的五个主要来源。
- 新兴辅助技术(包括辅助机器人、智能家居应用、视障可穿戴设备和智能眼镜)的专利申请增长速度是传统辅助技术的三倍,传统辅助技术包括轮椅、环境警报器和盲文设备的改进和配件。
- 新兴辅助技术的两个快速增长领域是环境(例如公共场所的导航设备和辅助机器人)和移动性(例如自动轮椅和先进的假肢)。
- 辅助技术领域正在与消费电子产品和通用医疗技术融合,微创辅助产品(由于越来越复杂的传感器)和更具侵入性的解决方案(如脑干植入物以恢复听力、视力和行动能力)的增长。 为功能受限者开发的技术越来越多地应用于主流产品。 例如,可以帮助听力障碍的骨传导技术也可以用于跑步者的耳机中。
- 由于人工智能、物联网、新材料和先进机器人技术等支持技术的发展和使用,先进的和新的辅助产品可供使用。
- 企业参与者正在引领辅助技术的发展,包括专业的辅助技术公司,例如 WS Audiology、Cochlear、Sonova、Second Sight、Ottobock 和 Össur。 电子消费品公司(例如松下、三星、IBM、谷歌和日立)和汽车工业公司(例如丰田和本田)也是主要参与者,因为将辅助技术集成到主流电子消费品中的趋势越来越大。
- 大学和公共研究机构在新兴的辅助技术数据集中更为突出,在移动领域尤为活跃。
尽管在假肢方面取得了进步,但大多数残奥会运动员的速度也比奥运会运动员慢。 残疾人运动员 Johannes Floors 可以在 200 秒内跑完 21.04 米,而目前最快的非残疾运动员 Usain Bolt 只需 19.19 秒。 纵观残疾人田径运动的历史,只有少数运动员能达到世界级非截肢者的水平; 他们包括短跑选手 Johannes Floors 和跳远选手 Markus Rehm。 《银翼杀手》奥斯卡·皮斯托瑞斯因各种原因备受争议。
纵观残疾人田径运动的历史,只有少数运动员能达到世界级非截肢者的水平。
“佩戴假肢的运动员在需要加速的每个阶段仍然面临不利条件,”顶级截肢运动员生物力学分析专家 Thomas Schmalz 博士说。 残疾人运动员经历过创伤性事故、癌症、截肢和其他困难的生活事件。 “他们仍然是残疾运动员。 单侧截肢者必须补偿肌肉骨骼系统的不对称性。 神经和肌肉系统缺乏本体感受反馈效应。 缺少由肌肉组织和肌腱中的传感器触发的关键反射机制,”Schmalz 博士解释说。
假脚在最初的几步中没有任何内在能量,更重要的是,用户不会将它们视为身体的一部分。 假肢领域的研究正在寻求解决这个缺点。 Ottobock 首席技术官 Andreas Goppelt 博士说:“理想情况下,用户应该觉得假肢是他们自己身体的一部分——身体的自然延伸。” 他的研发团队正在开展旨在实现这一目标的项目,例如使用反馈假肢。
Johannes Floors 说,感觉假肢是他身体的一部分,这将是迈向正常生活的下一个重要步骤。 “我对我的假肢有一种认同感,但我希望将它视为我自己更不可或缺的一部分,”他说。 “但你不能让它让你失望; 你必须追求你的目标。 然后假肢就不再是障碍了!” 在 2020 年东京奥运会上,当他把金牌带回家时,他所有的努力都得到了回报。
资料来源:https://www.wipo.int/wipo_magazine/en/2021/03/article_0007.html
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