全国科普日专题｜修复手套、“仿生”心脏、神经转化、耳朵看世界、3D打印医学妙用等科技发明正在改变我们

21世纪，许多令人惊讶的技术创新将对人类的日常生活产生重大影响。凭借“修复手套”获得2004年度“尤利卡令人鼓舞科学奖”的科学家宣称，科幻小说的预言距离变成现实已经不远了。有哪些科技发明正在改变、改善人类的生活方式与未来呢？让我们一起来看看！

修复手套

“修复手套”是一种植入了能模仿人手生物力学的特殊致动器和传感器的装置。机械手们研究实验室设计“修复手套”的目的是为了制造一种具有人工肌肉的“外衣”，这种“外衣”能够帮助人体重新运动。机械手实验室并不是唯一一家研究此技术的单位，全世界的科学家、程序设计员、发明者都在开发复制、替代人体结构或者帮助人体的创新技术。

据悉：米克不幸遇到车祸，双手和胸部以下完全丧失知觉。他可以移动手臂，但无法握紧手中的物体。后来米克戴上了阿伯尔法特发明的“修复手套”。

阿伯尔法特紧张地按下与米克身体连接在一起的电脑界面的控制杆，忽然间，米克的手自车祸以来第一次合拢了一下，他将重新满怀希望地利用自己的身体。

仿生心脏

同位移植人工心脏CATO是一种能全面模仿人类心脏的装置，由血液室心室、阀 瓣膜 以及能把血液吸入肺动脉和主动脉的特殊致动装置组成。科学家面临的最大挑战是要把包括电源在内的人工心脏装詈移植到心脏通常所在位置的有限空间内。科学家曾经拿母牛做实验，并获得巨大成功，这也为他成功给同位移植人工心脏申请专利创造了有利条件。

神经转化

一位澳大利亚程序设计员开发出一套系统。根据这套系统，遭受肌萎缩性侧索硬化疾病折磨的人今后可以不再受到自身残疾的限制，只要通过神经信号的提示便能与别人沟通。另一位科学家则开发出一种新型的人机联结界面：人可以利用皮肤表面电极接收神经信号，在经过人工智能分析后，便能够达到交流的目的。

2002年，两位科学家经过改善后，这套系统被称为神经转化技术。2004年初，美国华盛顿特区一个四肢瘫痪、不能说话的男子利用神经信号旋转电视，一举创造了历史。同时，他还利用神经信号控制的声音合成电脑程序邀请客人参加他的21岁生日派对。

耳朵看世界

大多数人都能想象看不见东西是什么样子。然而，只有少数人能想象出像蝙蝠一样通过声音感知方向。上世纪50年代，莱斯利·凯博士为英国海军开发探测潜水艇、鱼雷和地雷等水下物体的水下声纳技术时，就开始想象这个看似不可能的概念。

莱斯利·凯博士设计出一种声纳装置，这种装置能释放出超声波，还能发现其他物体和障碍物发出的反射。数据接着被转化成一连串能够听到的声音，这些声音在频率上与远处物体发出的声音相对应。经过少许的培训，人类大脑似乎能下意识地将这些声音转化为空间想像。这项技术赢得了1998年度世界通信创新奖，如今全世界的盲人将利用这项技术自信地行走在他们不熟悉的区域。

●人造肌肉

2005年3月7日，世界首次看到人与“人造肌肉”驱动的仿生胳膊进行的摔跤比赛。研究人造肌肉的工作始于上个世纪40年代，但只是在最近的10年里才取得了较大发展，因为世界范围内的研究中心研制出了特种聚合体和智能材料。未来人类很有可能看到世界上最强壮的人和最强大的仿生胳膊进行较量。

3D打印在医学上的应用

1. 外科学习工具

医疗行业中3D打印的重点主要集中在患者使用的植入物和医疗设备上，最大的应用领域之一集中在解剖复制品上。从历史上的医学临床培训、教育和设备测试都依赖于使用动物模型、人类尸体和人体模型来获得临床模拟的动手经验。但始终存在供应有限、处理和储存费用高、模型内缺乏病理学、与人体解剖结构不一致以及无法准确表示人体组织特征等缺陷。

使用3D打印从患者扫描数据中生成的模型来改进疾病诊断，阐明治疗决策和计划，甚至在实际治疗之前实施选定的手术干预。这些模型有助于医生了解难以可视化的患者解剖结构，精确确定医疗设备的尺寸，还可以向患者及其家属解释即将进行的手术，并向临床团队传达手术步骤。

2. 手术导向器和工具

就像制造业中使用钻模来确保将孔放置在准确的位置一样，医生也使用导向器和工具来协助手术。通过实施3D打印，医生能够创建完全遵循患者独特解剖结构的导向器，精确定位手术中使用的钻头或其他器械。3D打印的导向器和工具用于使修复治疗（螺钉、钢板和植入物）的放置更加精确，从而获得更好的术后效果。

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3. 植入物

3D打印能够在外科植入物表面生成精细的网格或晶格结构，可以促进更好的骨整合并降低排斥率。与传统钛和钴铬合金等生物相容性材料相比，3D打印所产生的优越表面几何形状可将植入物存活率提高2倍。这些3D打印产品的孔隙率加上高水平的定制和传统医疗材料制造能力，使得3D打印植入物成为AM医疗行业增长最快的部分之一。

4. 假肢

通常，传统的制造技术和材料用于生产功能性假肢的结构部分。增材制造通常在接口部分实施，方法是生成与用户解剖结构完美契合的复杂轮廓，从而提高舒适度和贴合度。AM 还应用于假肢的外表面，以产生逼真的有机外壳，隐藏假肢的机械性质。这也允许佩戴者根据他们喜欢的任何设计或风格完全定制他们的假肢。

3D打印技术已被用于生产各种各样的产品，从舒适贴合用户的假肢连接到复杂的、高度定制的癌症患者面部假肢等。3D打印还应用于假肢的外表面，以产生逼真的有机外壳，隐藏假肢的机械性质。这也允许佩戴者根据自己喜欢的设计或风格对假肢进行全面定制。

5. 助听器

令许多人惊讶的是，助听器是 AM 持续发展的最大成功案例之一。现在有超过 10,000,000 人佩戴 3D 打印助听器，全球 97% 的助听器现在是使用 AM 制造的。与传统制造相比，增材制造技术不仅显着降低了定制助听器的成本，而且生产助听器所需的复杂有机表面的能力降低了因不合身而导致的退货率从 40% 降至 10%。