北大團隊新突破領先國際！論文上還有……摺紙步驟圖？！

馬尾草、摺紙、膝關節假肢

北京大學科研團隊……

這些一般人看起來

風馬牛不相及的詞

排列在一起

居然能得出一項

國際領先的研究成果？

近日

北京大學官微發佈了

北大工學院

先進製造與機器人系

王啟寧教授課題組

在智能動力下肢假肢方面

取得的重要突破——

該團隊提出一種

受馬尾草啟發的

摺紙軟體動力膝關節假肢

這是國際首款軟體膝關節假肢

相關研究成果已刊發在國際重要學術期刊上。（圖源：除註明外均轉自北京大學微信公眾號）

膝關節假肢的設計

需要在功能與舒適之間找到平衡

也就是說

既要滿足殘疾人

在平地、樓梯、斜坡等

不同路面上的行走需求

又要保證穿戴的舒適性

目前的膝關節假肢

都是剛性假肢

採用高密度的金屬材料製成

要提升功能

就需要增大體積、重量

剛性框架的緩衝性能也有限

難以兼顧功能性與舒適性

近年來

軟體材料高度發展

被應用於機器人等領域

這種材料所具有的

低密度、柔順性、緩衝性

和便於3D列印等特質

使得由其製造出的軟體機器人

輕便、柔順、減震、便於製造……

聽出點門道來了嗎？

這不就是研發

舒適的膝關節假肢

所需要的特性嗎？

不過，軟體材料

也並非十全十美

由於它的高柔順性

其結構在運動和承重時

會產生無法避免的非必要形變

一方面不利於建模計算和運動控制

另一方面也難以承受人體重量

為瞭解決這一問題

研究團隊利用摺紙結構的

大範圍折展特性

使得軟體材料的膝關節假肢

可以滿足膝關節大範圍運動的要求

北大科研團隊的論文上

居然有類似手工摺紙的步驟？

是的，你沒“起猛”，也沒看錯！

就是“摺紙”

我們在日常摺紙時

不同的長短角度

會留下不同的摺痕

這些摺痕組合起來

就能變出千奇百怪的摺紙形狀

研究團隊正是抓住了

摺紙結構的靈活性

以此模擬人體膝關節

正面摺紙結構摺痕設計圖

只要巧妙地調整

“摺痕”的設計參數

膝關節假肢的3D摺紙結構

就能讓大腿桿和小腿桿

自由地彎曲成各種角度

而且，通過調整不對稱度

這款假肢還能完美“模仿”

人體膝關節的多中心轉動

讓假肢的運動變得自由靈活

摺紙說完了

馬尾草又是怎麼回事？

路邊常見的馬尾草

有細細的莖稈

卻能穩穩地支撐起“高挑的身姿”

不怕風吹，抗彎折能力超強

這背後有著兩大關鍵機制

流體壓制穩定和受壓內凹結構

（看不明白哈？小編也不明白

不明覺厲就對了）

馬尾草身上蘊含的結構奧秘

被科研團隊巧妙捕捉

在設計中增加了背面摺紙結構

讓它和正面摺紙結構“背靠背”

增強軟體假肢的抗壓能力

經過行走實驗檢測

軟體假肢在行動時更省力

受到的衝擊更小，舒適度更高

假肢、摺紙和馬尾草

看似毫不相關

卻在研究人員的巧思下

共同助力科技向善

(新華每日電訊)