Meera -在本周的Naked Engineering中，Dave和我正在研究假肢或假肢。你让我们在一栋大楼前走来走去。我们为什么要这么做?
戴夫:我们正在研究假肢，尤其是假肢。如果你想做一条假腿，你必须了解天然腿的工作原理，以及它的实际作用。所以如果你现在停下来，非常非常慢地走，首先，你的腿会向前摆动，就像钟摆一样。当你的脚离开地面时，膝盖会轻微弯曲，这样它就不会拖过地板。然后你的脚后跟着地，然后你在脚后跟上方滚动，然后向前移动，最后，你的脚趾离开地面，你用脚趾蹬地，然后你的腿再次向前摆动。所以，如果你要造假肢，那么你有很多事情要考虑，而且你没有肌肉的优势，也没有任何控制它们的方法。所以你必须以某种方式复制这些效果，有效地，用一个更简单的机械系统。
为了了解假肢设计师是如何以这种方式模仿我们的身体的，我们来到了汉普郡的布拉奇福德假肢公司，会见了他们的技术总监萨伊德·扎赫迪。
赛义德:从历史上看，假肢一直是用木头或皮革、金属、铝板制作底座，然后有膝关节、脚和踝关节等部件，还有一个将两者连接在一起的塔，就像假腿，就像长约翰·西尔弗的假腿。如果你想想假腿，你可以站在上面。你可以跳上去，向外摆动你的腿，用一种非常非常困难，非常有活力的方式从A点跳到B点。当你使用膝关节时，你可以更容易地摆动腿，并且消耗的能量更少，但仅此而已。
米拉:你真的要用身体的其他部位来弥补假肢运动受限的事实。
赛义德:没错，我认为这就是我们的重大突破，更好地理解补偿的本质。
梅拉:为了更多地了解这种补偿以及身体对使用假肢的反应，我们还请来了奈杰尔·金斯顿，他是布拉奇福德的一名员工，在30岁的时候，由于膝关节关节炎，不得不失去左腿。奈杰尔，我猜当你第一次装上假肢时，你的身体是如何补偿的?当你走在街上的时候，你会想些什么?
奈杰尔:我认为对截肢者来说，最大的问题可能是斜坡。很少有平坦的表面，这涉及到整个身体的补偿。典型的情况是，如果我站在斜坡上，脚踝是固定的。我的大部分时间都要用在发声的一侧也就是右边。你可以感觉到腰背部有很大的压力。我的右大腿肌肉在抽搐，因为过了一会儿，它就在战斗，说:“我现在想放弃。”我受够了。”
戴夫:所以最根本的问题是，如果你的脚踝固定在90度，如果你试图将脚踝与10度的斜度对齐，你要么就得悬在半空中，向前倾斜，要么你就得几乎完全忽略那条腿。
奈杰尔:你完全是在声音方面保持平衡，而假肢方面只是作为一个次要的支撑。
米拉:赛义德，正如奈杰尔提到的，到目前为止，真正的问题是不平坦的表面，而与此相关的事实是，假肢有固定的脚。所以你在布拉奇福德的新设计，梯队脚，一个灵活的脚踝假肢，克服了这个问题。
赛义德:我们的设想基本上是试图找出像奈杰尔这样的截肢者将面临的限制是什么。为了做到这一点，我们开始研究脚踝和脚与地面的关系。所以我们开始更仔细地研究脚踝的功能我们研究了肌肉的工作方式和正常人体的肌肉，它们可以有效地伸展，但以一种可控的方式。它们能以人所能控制的速度产生力量。
米拉:我们面前有一个你们设计的梯队脚，这个大约有一英尺长，由碳纤维制成。
赛义德:它有三个元素，脚趾弹簧是由碳纤维复合材料组成的，脚趾弹簧就像一个悬臂弹簧，可以吸收身体质量的能量，然后在门循环的正确时刻返回，有效地提供某种推力，在没有活跃的小腿肌肉的情况下，小腿肌肉在截肢中失去了。
戴夫:所以，当脚向前滚动时，你在弹簧中储存能量，然后在你蹬脚时释放能量。
赛义德:对。你几乎把弹簧弯曲到它的极限，然后在适当的时候，当你从假体一侧卸下重量时，它就释放了。另一个元素是鞋跟弹簧，它同样被有效地设计成能够吸收碰撞点产生的能量。如果你能把门循环想象成一个有节奏的碰撞和推离的序列，你希望能够在碰撞时吸收能量，并在推离阶段使用一些能量来帮助截肢者。这种碰撞和推离的顺序或节奏需要被平滑化。因此，我们把液压元件放在这一切的中间。
米拉-这是连接在腿连接到脚的地方。
赛义德:这差不多就是踝关节的位置。那个元件有效地起到了减震器的作用。现在，如果你在那里有一个阻尼元件，截肢者自然地在自然发射和控制下，他们可以有效地使他们的身体进入正确的方向。因此，液压阻尼和碳纤维复合弹簧的结合，就像你的肌肉一样，这就是我们称之为仿生设计的原因。
米拉-现在轮到奈杰尔了。所以，当你第一次装上假肢时，它确实有一只固定的脚，但你现在穿着梯队脚设计。那时你觉得有什么不同?
奈杰尔-在尝试之后不久，我就意识到我的脚都着地了，然后我感觉更安全，更稳定了。我可以走更远的距离。这并不一定是距离的问题，而是我感觉不那么疲劳。
Meera -这种类型的假肢，你如何总结它们的真正好处?
奈杰尔:我认为我们正在关注新一代脚在舒适度、功能性和总体可用性方面的重大进步。事实上，作为一个截肢者，我们希望能够更轻松地行走。新一代的技术使截肢者能够在他们想做的时候做他们想做的事情，我认为这是我们前进的方向。
克里斯-奈杰尔-金斯顿和萨伊德-扎赫迪来自布拉奇福德。他们向戴夫和米拉展示了如何设计假肢，特别是那些有柔性脚踝的假肢，这样它们就可以更接近地模仿人类的运动过程，从而使截肢者更舒适。
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