提供支持假肢一直是机器人学和生物医学工程领域的前沿性研究课题。
不过，由于假肢技术的进步需要微电子技术、计算机控制技术、机械设计与制造技术、新材料技术，以及人体生物力学、生物医学工程解剖学等共同推动，其迭代进程一直较为缓慢。直到90年代初，才出现如智能假肢等产品，解决传统假肢无法自然跟随截肢者、速度变化范围窄、步态灵活性差、稳定性不足等痛点。
1997年，德国公司Ottobock（以下简称“奥托博克”），研发出C-Leg智能仿生腿。2001年冰岛公司OSSUR研发出仿生磁控膝关节等产品。这些智能仿生膝关节利用膝关节角度和踝关节力矩判断假肢摆动的速度和位置，同时通过调节液压缸阻尼，或者根据传感器计算的形式进一步评估残障人士步态，保证其行走过程中的稳定和安全。直至彼时，才最终实现对关节参数，以及站立相和摆动相的实时控制、调整。
其中，奥托博克研发的C-Leg智能仿生膝关节被评为德国影响世界50大发明的第31位。
如今随着技术的进步，非智能机械式膝关节假肢亦已能实现智能假肢同样功能。其中奥托博克已有上百年假肢、矫形器和行动辅具（轮椅）等相关产品研发经验。近日，该公司正式发布了3R85 大牛SRU专利液压控制系统膝关节，将膝关节的稳定性与灵活性结合在了一起。康复技术再迎突破。
奥托博克通过内置的回转式液压缸，以及液压切换系统（专利号：CN111225636A、CN112334095A），使假肢用户可以在全步态周期内得到动态支持，实现了从足跟着地到脚尖离地过程中的自然过渡，让假肢用户的步态呈现出自然仿生的效果。也正因为具备了这种特殊的液压缸设计原理，这款膝关节在摆动期内也具备高度的支撑期屈曲阻尼。这种功能将在用户行走过程中发生磕绊时发挥作用，辅助假肢用户支撑住身体，降低摔倒风险。
此次，奥托博克推出这款产品的目的，就是期望以非智能化手段，实现假肢的关键功能，同时解决残障人士在假肢产品使用过程中的痛点问题。
据2006年第二次全国残疾人调查数据显示，我国各类残疾人总数为8296万人。其中肢体残疾人数为2412万人，截肢人数为226万，占肢体残疾人数的8%。而这226万截肢者中，70%为下肢截肢者，约有158万人。
如今，因各种疾病、交通事故、工伤、自然灾害等因素引起的下肢截肢人数仍在持续递增。但假肢等用于恢复四肢功能性障碍康复辅助医疗设备价格昂贵、维修程序复杂等因素，使得患者需承受昂贵的假肢设备使用经济负担。
3R85大牛的诞生则从技术角度进一步解决了该问题。
奥托博克3R85大牛膝关节
据了解，3R85 大牛是奥托博克非智能产品中目前功能最强的一款膝关节假肢产品。使用3R85 大牛残障人士可以交替下楼梯，可以下水，可以在多种运动模式中切换，同时该产品还具有防磕绊功能。
奥托博克告诉动脉网：“我们希望能够通过技术手段，而非材料及供应链手段把产品价格降得更低，让残障人士都能用得起假肢膝关节。”
假肢研究需要从膝关节构造、腿运动的控制方式、踝关节和脚的构造，以及材料的选用四方面予以突破。其中膝关节作为链接和控制人们日常运动的重要部位，是下肢假肢产品研发的关节。人工膝关节产品不仅要模拟原有关节的运动模式，还需在最大程度上保证人行走的安全性及稳定性。
目前市面上的膝关节可以从气压膝关节、液压膝关节、智能膝关节等控制机制进行分类。
奥托博克自主研发的3R85 大牛膝关节内部高强度的回转式液压缸专利设计，以及SRU 液压控制系统使之能够在全步态周期内为用户提供动态支持。支撑期强阻尼功能使用户在站立时保持稳定。液压控制摆动期使用户在行走时保持灵活。
多功能融合，使用户能够在不同的路面情况下实现正向及倒退行走，同时步态自然美观。
具体而言，3R85 大牛膝关节考虑到用户实际生活的需要，采用了新型默认支撑性能，结合其持续稳定的支撑期屈曲阻尼，可支持用户在斜坡上实现双腿自然交替地正向下斜坡。在一定程度上缓解了假肢用户在户外行走时的尴尬。
膝关节的默认支撑性能以及持续稳定的支撑期屈曲阻尼使用户可以自然地双腿交替下斜坡及下楼梯，无需侧身行走，最大屈曲角度为145度。
特殊的液压缸设计原理使膝关节在摆动期内也具备支撑期屈曲阻尼，因此用户在行走过程中一旦磕碰到地面障碍物如门槛、石子等，膝关节的支撑期屈曲阻尼可以快速发挥功能，辅助用户支撑住身体，降低摔倒风险。
除此以外，它高度的防水性能可以使用户穿戴假肢去海边畅游、泳池戏水、居家洗澡等。据了解，奥托博克通过6Y110舒沃银离子带密封圈硅胶内衬套等手段，使该膝关节悬吊性及抗菌性增强。用户可穿戴该膝关节可防海水、淡水、含氯水（游泳池），防水深度可达水下1米。
除游泳等运动外，该产品还支撑骑自行车练瑜伽、翘腿坐、系鞋带等多种运动模式。其内置4R57盘腿器，可实现360度旋转假肢。而支撑期的锁定模式则可支持使用者进行滑雪、轮滑等操作。而在操作上，用户只需于关节体侧面按钮轻轻一按即可自主切换运动模式，操作简单便捷。
同时，膝关节配有防水型钛合金腿管，用户无需单独购买腿管产品。腿管连接处独特的设计使腿管高度可调整，满足用户的个性化需求。
在脚的设计上（建议搭配元件），奥托博克则采用1C50 Taleo踏跃防水碳纤脚板。其滚动性能强，可以适应各种路面情况。据奥托博克相关用户数据显示，使用该产品用户克轻松行走一整天。
保持用户在假肢使用过程中的安全性及稳定性，并防止磕绊一直是下肢假肢研发的难点和首要解决的问题所在。
对于技术研发者来说，不仅需要运用微电子技术、计算机控制技术、机械设计与制造技术、新材料等手段予以解决，还需要结合人体生物力学、生物医学工程解剖学，对人体下肢的运动和受力情况进行动态的数量化分析，即步态分析。其研究主要方法则包括步态的影像测量、身体平衡测量、肌电测量、支撑反力测量及压力分布测量等。
为什么奥托博克所研发的3R85 大牛非智能产品却能实现防磕绊等功能？
奥托博克告诉动脉网：“3R85 大牛中的液压控制系统是非常复杂和精密的。它是通过SRU专利的机械结构实现的，而非智能算法。
我们围绕回转式液压缸，以及液压切换系统进行了非常复杂的设计，并申请了两个专利技术。其中液压缸的技术原理，即在液压缸内有一个支撑期默认阻尼控制系统。针对防磕绊常出现的摆动期，3R85 大牛内部的该系统可使之恢复到默认的支撑期，并提供极大的阻尼支撑，进而起到防磕绊功能。”
中国科学院深圳先进技术研究院的郑海荣副院长曾说过这样一句话：“对于一个综合的现代化工业制造体系来说，高端医学影像设备的属性不单是一个医疗产品。在生产制造过程中，它可以带动我国一批高端产业链的发展。”
康复辅具的发展亦遵循同样的逻辑。
奥托博克这家百年企业突破了下肢假肢技术的核心壁垒，而其意义早已不仅在于技术的突破。
参考文献：
《国内外人工腿（假肢）研究的进展及发展趋势》
《智能膝关节假肢研究现状及发展趋势》
《人体行走时步态的生物力学研究进展》
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