【演讲视频】张延:3D打印如何帮助残障儿童@TEDx珠江新城-八卦帝

【演讲视频】张延:3D打印如何帮助残障儿童@TEDx珠江新城

TEDx珠江新城内地女星 2016-02-22 21:09:19 24

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张延：3D义肢打印推广者

Maker Plus 联合创始人

从大学毕业起在AIESEC的gap year，到今年参加著名英国探险家Robert Swan组织的南极远征探险项目。IT民工，影视民工，社工，创客……他毕业于中山大学通讯工程这一理工科专业，却追随着人文社会科学的轨迹。

在美国，30%的骨科手术都运用着低成本普及化的3D打印技术，为每一个人创造普通而全新的自由世界。张延作为该项目国内的积极推广者，采用3D打印的技术制作义肢，希望能为手部残障的人士提供既经济又容易定制的“新手”，助其打开一扇崭新公平的社会大门。

以下为演讲全文

大家好！我叫张延。我现在在做一个创客项目，是想利用3D打印的机械义肢来帮助手部有残疾的残障儿童。

根据一个抽样调查数据显示，我国大概有两千四百万的肢残人士，其中三分之二的人都生活在比较偏远的地区，可能信息欠发达，然后家庭经济条件状况也不是很好，而其中4.6%又是0-14岁的青少年儿童，所以其实我们估计国内大概有70万的这样子的有残障问题的青少年儿童是没有得到一个非常有效的解决方案的。

然而这个数字是在十年前2006年全国第二次残疾人人口普查得出来的数字，所以我们相信，在十年后的今天，这个数字肯定是远远不止。那么，对于他们来说，这么多的青少年有残障问题，他们有什么解决方案呢？

他们其实有几个选择，一个是做这种叫做机械仿真手，这种机械仿真手是通过在体内植入一个电子芯片，然后通过你的脑信号通过传播变成电信号，再通过手部的电机进而精确地控制手部的运动。通过这样的机械仿真手，他们可以做一些非常精确的动作，比如说他们可以绑鞋带，比如说他们可以配合手机APP的使用去控制机械手的抓握力度，科学家现在甚至想把握力、把触感也加入这个机械仿真手里面来。其实这是个非常好的解决方案，我自己也觉得非常不错。但这样的机械仿真手在几年前的造价大概要去到70-80万的价格，基本上可以说大部分的家庭都是不适用的。

其次，他们还有另外一个选择，可以做一种叫做全形再造的手术，这种手术的本质其实就是从你身体的别的地方拿一块组织细胞出来移植到身体残缺的地方，让它再长出来。比如说，我没有了一个手指，我可以从脚趾那里拿一个细胞细胞移植到这里，让它长一段，过一段时间等它适应了之后再从另一个地方比如说屁股拿一个细胞移植，让它长另一段，这样反复经过几轮之后，希望可以让它长出另外一只可以用的手指。这样的一个解决方案它也存在一个费用的问题，几轮手术下来，它的费用是非常高的，而且这样的手术还存在很多不确定性，包括你本来这个残障手的情况还有你是否遇到了在这方面全形再造设计上有经验的医生等等。而且因为全形再造也涉及到身体发育，很多时候它也需要儿童身体完全发育之后才能去做，这也是一个非常大的限制。当然，市面上也有一些别的一些比较非主流的解决方案，我们就不再多讨论。

回顾刚刚我们提到的几个方案来看的话，我们现在有的问题大概是这几点：

成本
更换频率
定制化需求
手术风险

首先它们的成本都非常高，其次对于儿童来说，因为他在不断地成长，他需要不停地更换义肢的，再次，定制化的需求也是因为不同的小朋友他们的定制化需求不一样。比如说，有的小朋友只有一个手指，另外的小朋友有两个三个四个五个六个，六个是第二只手，七八九十个。那么不同的情况是需要不同的非常定制化的定制义肢需求。最后，这些手术也存在一定风险。这几个就造成了现在所谓的主流方案其实并没有解决主流人群的需求问题。

那么我们现在可以做些什么事情来帮助他们呢？这里，我可以讲一个我自己亲身遇到的一个案例。

这是一个叫南南的小朋友，他出生在2009年，今年大概是6岁左右，他天生就是除了一个拇指之外，另外四只手指都是缺失的。他妈妈怀他的时候并不知道，生下来才发现他有这个残疾。南南从小就带着这个残疾的手长大生活，其实他在幼儿园里面并没有得到非常多异样的目光看待，幼儿园的小朋友其实当他是正常人一样，他自己也其实并没有觉得自己跟别人有什么不同。但随着南南慢慢长大，两只手可以做更多事情的时候，他渐渐发现，两只手不能配合做很多的事情，他会非常地苦恼，并且着急，经常会因为着急而变得脾气暴躁，经常哭。我们可以看到，这个手的问题在青少年成长过程中不单单是生理功能的问题，更多是他成长过程中的心理健康也是有非常大的影响。

那么，对于南南，对于南南家庭，这样一个普通家庭，有什么方案可以解决他们的问题呢？

现在国外有人就利用3D打印制作机械手。大家可以看到这只机械手绝大部分的零部件都是通过3D打印制作出来的。打印这只手大概需要一台机器打印10个小时的时间。它的总成本比我刚刚介绍的第一种仿真机械手，50万以上的仿真机械手节省大概1000多倍左右，因为它的成本只要500块钱以内。这样子就非常好解决它的成本这个最大的问题。我们说到的成本和定制化的需求，可以通过3D打印完美地解决。

我们同时也说到了更换频率还有手术风险的问题，这个手是怎么实现的呢？这个手其实完全是通过机械驱动的设计，它有两组绳，一组是绷紧绳另一组是弹性绳，通过弯曲手腕的时候，绷紧绳拉紧，这样子他的手指就会被拉紧然后合拢，实现这个抓握的动作，当手腕放松的时候，他的那个弹性绳就会使手指恢复原位。假设我的手掌只有这么小的一块掌骨但是我的手腕还是可以活动的话，我带上这个手，我弯起手腕的时候就会实现这个抓握的动作。

随着这个手腕的移动，它就可以实现这个抓握功能。那么实现这样子基本的抓握功能，它究竟意味着什么，它可以给这些小孩子带来什么呢？可以给大家看另外一段介绍。

其实，实现这个抓握功能、单单这个抓握功能和有这样一只机械手对于很多小朋友来说意义是非常大的，可能大家平常都用惯了两只手，就会觉得就多了一只抓握嘛没什么不同，但对于他们来说，有了抓握的手，他可以两只配合做一些事情，另外有了这只机械手后，小朋友可以锻炼他的手部肌肉，如果这个小朋友小时候没有这个手掌，没有这个手指，他长大后想做这个全形再造或者想做其他康复手术的时候，手部的肌肉也是非常重要的，如果小时候可以不断地通过这个方式锻炼他手部肌肉的话，也是为他以后进一步康复做准备。这就是现在这只手对于小朋友可以实现的最基本的功能和意义。

那它还不能实现的是什么的呢？

就因为我们刚刚也提过，它是通过两组绳来实现基本的抓握功能，因为我们现在这个手的输入信号只有一个，是通过手腕传动的，输入信号只有我的手腕而输出信号有五只手指，五只手指是同时动的，所以它现在不能实现单个手指的运动，比如有时候你想做一种比如TEDx珠江新城logo的手势的时候，你是做不了的。

这是一个比较遗憾的事情，但这也不是完全不能解决，虽然我们只有一个输入端，就是手腕转动的作为它的输入端，我们可以设计它的输出端不一定是要全部输出在五个手指，我可以通过输在手腕这里加一些小的开关实现我的输出端精确在某几个手指的运动，这样子我们就可以做各种各样自己想做的一些手指运动。这就是它的一个可能性的改进。

其实除了这方面改进，这只手在它出来之后就没有停止过它的进化的过程。

这只手大家看到其实大部分的零件都是3D打印的嘛，3D打印的原材料最本质就是一种热熔性的塑料，塑料本身是比较硬的，而且也比较笨重。所以有人设计了这款新的机械手，这手是有名字了，叫Talon。这手它是把手掌骨的塑料减少了，同时把手臂的连接部位换成了皮革，所以整只手可以更加轻，小朋友可以更加容易举起来。同时它换走了这种硬邦邦的塑料，使得整只手更耐用。这个手如果用几天就坏了的话其实对于小朋友的日常生活还是一个蛮苦恼的事情。

另外前面这只手虽然耐用度提高了，但是它看起来还是不像一个正常人使用的手，所以我们想说把它做得更漂亮一点，那么可以怎么做呢，大家看到这里其实是有非常多线和孔的，主要因为我们做了两套绳子作为它整个拉力的系统。这有一个新的设计这个手叫Flexy，它有个名字叫Flexy，这手是在指关节直接利用了一个有恢复性的塑料作为它的关节连接部件，这样子我们就可以把两套线节省为一套线，我们摒弃了原来这个弹性线，用一套线贯穿手指，然后通过绷紧线的拉紧使它弯曲，再通过关节之间的弹性塑料使它恢复原状，这样子整个表面的线孔可以隐藏起来，整只手看起来会更加光滑，而且同时得益于这个手指尖的塑料的设计，我们可以把手指设计成三节的形式。大家可以看到这个手（张延拿在手上的一款基础3D机械手）是有两节，但人的手指其实是有三节的，大家可以看看自己的手指，其实是有三节的是不是。所以有三节的手指有什么好处呢？它可以更加好的适应不同物体的形状，当你想抓一样东西的时候，你可以抓得更牢固，从而提升你抓握的功能。

然后，有人会问说，刚刚讲到的手都不错，但都是基于手腕的驱动，手腕转动作为驱动来实现抓握的，那如果这个小朋友连手腕都没有那怎么办呢？又有志愿者设计了一种机械臂，就通过肘部的弯曲来实现这个手的抓握，也一样应用在很多地方。

其实在我国，没有手指的小朋友很多是天生的比较多，但没有手臂的很多是意外事故形成的，很多成人，这种机械臂对于他们来说是很好的解决方案。

这个手可以不断地这样子有这么多志愿者帮它想办法设计不同的版本，大家可以看到还有一些适合短指的版本，还有一些专门实现抓握的版本等等。为什么它可以不断地这样子自我进化呢？

其实也是得益于它本身制造的思路，通过3D打印，使得这个硬件得以开源，开源的意思就是说，我把它的设计公开出来，让大家都可以贡献，就是让大家的智慧都可以让这个手可以更好。以前我们讲开源的时候通常我们想到的都只是软件领域，软件只要开源一段代码，大家就可以在这个代码的基础上进行修改，因为修改代码的门槛是蛮低的嘛，但制造一个硬件就不一样，制造硬件时就算你把所有的图纸设计都贡献出来，要制造的时候你还涉及到设备，你还设计到建这个模，你还涉及到有加工等等。但是，3D打印把这些东西都去掉之后，这个快速制造的特性就让硬件开源成为了可能。这个手就可以不断地进化。

3D打印它自己的快速制造特性在这个手的制造过程中在消费者端和生产端都有快速提高效率的作用。比如这么一个平台，用户，就是需要手的人可以自己在这个平台选择适合它的模型，再选择它相应的是左手还是右手，然后输入基本的一些手的尺寸情况，就可以生成一个符合它的手的模型，然后拿到这个手的3D打印文件就可以放到3D打印里打印了。这样子大大降低了定制一个物品需要的时间和金钱。

同时3D打印这个特性也让我们所说的一个叫做分布式制造的生产成为可能。

分布式制造就是说我们打破原来大规模生产所需要的把资源、设备都集中起来，集中资源干大事的这个限制，我们可以把生产的要素分散到不同的地方，就像我把不同的计算机用互联网连接起来进行分布式计算一样。

比如说，有一个小朋友需要手，我把这个手的需求提供给某个中心，这个中心可以自动帮它匹配最近可以帮他设计手的人，设计好之后，传输给附近可以提供3D服务，有3D打印机的人，这个有3D打印机的人把零件打印出来，再把零件给到附近可以帮忙组装的人，组装好后再寄回给这个需求者。

大家看到的这个就是现在全球志愿者网络正在做的事情。这个地图上有密密麻麻的各种点，不同颜色的点，代表能够提供不同资源的人。大家看到全球现在已经有超过6千志愿者在组成这样一个志愿者网络，但在亚洲、在中国，只有非常少数的几个点。