近日，北京大學工學院傳來了一項令人振奮的科技創新消息。王啟寧教授領導的課題組在智能動力下肢假肢的研究中取得了重大突破，他們成功研發出一款受馬尾草啟發的折紙軟體動力膝關節假肢，這一創新成果為下肢假肢設計領域帶來了全新的視角。
據悉，這款軟體膝關節假肢是全球范圍內的首款同類產品，它的出現標志著假肢設計進入了一個全新的時代。相關研究成果已在權威學術期刊《Nature Communications》上發表，引起了廣泛關注。
傳統膝關節假肢大多采用剛性金屬材料制作，各個功能模塊相互獨立，這不僅導致假肢體積龐大、重量過重，還使得穿戴者的舒適性大打折扣。隨著軟體材料技術的不斷進步，越來越多的研究者開始嘗試將軟體材料應用于假肢設計中，以期利用其輕質、柔順以及良好的減震性能。
然而，軟體材料的柔順性也帶來了一個挑戰：在承重時容易產生不必要的變形，這限制了其在膝關節假肢中的廣泛應用。為了攻克這一難題，王啟寧教授課題組提出了一個前所未有的設計——基于折紙結構的軟體膝關節假肢。這款假肢結合了折紙藝術的美學與氣動控制技術的精確性，能夠在氣壓的驅動下實現精準的運動控制，滿足不同場景下的功能需求。
在設計過程中，研究團隊從自然界中汲取靈感，借鑒了馬尾草獨特的結構特性。馬尾草的管狀莖通過外環和內環的協同作用，展現出卓越的抗彎折能力。受此啟發，課題組在折紙結構中巧妙設計了背面折紙和氣動腔體，從而顯著提升了假肢的剛度和承重能力。
實驗室測試結果顯示，這款軟體膝關節假肢在氣動控制、力矩輸出和承載能力等方面均表現出色。它能夠模擬人體膝關節的轉動中心，具備強大的緩沖能力和精準的運動控制能力。在較低的氣壓下，假肢能夠承受超過75公斤的重量，并主動輸出超過25牛米的伸膝力矩。
在實際行走實驗中，三名殘疾人試用了這款軟體假肢，并取得了令人滿意的效果。他們能夠以正常甚至較快的步速行走，步態對稱性良好。這款軟體假肢不僅顯著提升了殘疾人的行走舒適性，還有效減少了行走過程中的沖擊力。
這款軟體膝關節假肢還展現出了強大的地形適應性。無論是上下樓梯、斜坡行走還是跨越障礙物，它都能為殘疾人提供穩定的支持，充分證明了其多功能性和實際應用潛力。
