颠覆性创新！他，北大副院长、「国家优青/万人领军人才」，新发Nature子刊！

人工膝关节代表了膝上截肢康复的普遍解决方案。然而，要满足用户的步行需求，并实现轻量化、仿生、减震、以用户为中心的舒适需求，仍然很困难。

软材料似乎提供了替代方案，因为它们的特性有利于舒适度。但是，在形态计算和承重性能方面，显著的灵活性限制了软机器人在假肢膝盖上的应用。

2024年12月30日，北京大学王启宁教授在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Bioinspired origami-based soft prosthetic knees》的研究论文，博士生高思源为论文第一作者，王启宁教授为论文通讯作者。

王启宁，北京大学工学院教授、副院长，国家“万人计划”科技创新领军人才（2020），科技部中青年科技创新领军人才（2019），国家优青（2019）。2004年本科毕业于中国地质大学（北京），2009年获北京大学博士学位，同年留校工作，2021年晋升为长聘教授。

王启宁教授的研究领域包括机器人动力学与控制，智能人机交互，神经接口与康复工程，力触觉感知，医疗机器人及可穿戴系统应用。

在这里，作者为经股截肢者创新了一种软质假肢膝关节，通过折纸技术和仿生承重原理的结合来解决当前的挑战，实现其轻质、紧凑、低成本和简单的制备。

测试发现，软膝可以承受一个人的重量（超过75公斤），并执行仿生多中心屈曲，吸收行走过程中的冲击力（吸收的冲击力比之前多11.5％至17.3％），主动支撑截肢者走过坡道、楼梯和地面障碍物。作者所提出设计的有效性已通过台式和移动实验得到证实。

该方案可能会实现下肢假肢设计的范式转变。

图1：基于折纸技术的软性假膝

图2：受马尾启发的稳定软结构

图3：软膝的运动学和动力学台架实验性能

图4：使用软膝和日常使用的刚性膝在跑步机上行走的实验结果

图5：使用软性假膝进行不同步行任务

综上，作者介绍了一种基于折纸技术和仿生承重原理设计的软性人工膝关节，用于膝上截肢者的康复，实现了轻量化、紧凑、低成本和简单制造，能够承受超过75公斤的重量，模拟生物膝关节的多中心弯曲，并在行走中吸收冲击，支持截肢者跨越坡道、楼梯和障碍物。

这项研究提供了一种新型的软性膝关节解决方案，具有潜在的颠覆性意义，可能引领下肢假肢设计的新范式，对于提高截肢者的生活质量和自理能力具有重要应用前景。

Gao, S., Yang, C., Chen, H. et al. Bioinspired origami-based soft prosthetic knees. Nat. Commun., (2024).