在一項發表於《科學》雜誌的突破性研究中，麻省理工學院的科研團隊成功開發出一款名為“仿生膝蓋”（bionic knee）的新型假肢。這款假肢為膝上截肢者帶來了革命性改變 —— 相比傳統假肢，它能讓使用者行走更快、爬樓梯更輕鬆，甚至能更自如地避開障礙物。
與傳統假肢將殘肢包裹在套筒內的設計不同，這款仿生膝蓋透過直接與使用者的肌肉和骨骼組織整合，實現了質的飛躍。這種整合不僅帶來了更強的穩定性，更讓使用者對假肢的運動擁有了前所未有的控制權。
在小型臨床研究中，參與者普遍反饋：“這款新假肢感覺更像自己身體的一部分”——這是傳統膝上截肢者從未有過的體驗。
“一種與人體組織深度整合的假肢——錨定在骨骼上並由神經系統直接控制，絕非無生命的獨立裝置，而是一個精心融入人類生理系統的有機部分。它不再是人類使用的工具，而是‘自我’的延伸。” 論文通訊作者、麻省理工學院媒體藝術與科學教授 Hugh Herr 如此強調這項技術的核心突破。
神經與肌肉的 “重新連線”
過去幾年，Herr 實驗室始終致力於從截肢殘留肌肉中提取神經訊號，以此引導假肢運動。傳統截肢手術中，成對的伸展肌與收縮肌被切斷，破壞了肌肉間正常的 “協同 – 拮抗關係”，導致神經系統難以感知肌肉位置和收縮速度。
為此，Herr 團隊開發了“協同-拮抗肌神經介面（AMI）” 手術技術：在截肢手術中重新連線成對肌肉，讓它們在殘肢內仍能保持動態溝通。這種“對話”不僅為使用者提供了感知反饋，幫助判斷肢體運動方式，還能產生控制假肢的電訊號。
2024 年的研究已證實，接受 AMI 手術的膝下截肢者，行走速度和避障流暢度均顯著優於傳統截肢者。而在本次新研究中，團隊將這一技術擴充套件至膝上截肢領域，目標是打造一個既能透過 AMI 讀取肌肉訊號，又能與骨骼整合的系統，以實現更穩定的支撐和更精準的感知反饋。
透過垂直整合的仿生截肢平臺促進資訊和能量交換
e-OPRA 帶來的雙重突破
為實現目標，Herr 團隊開發了鈦合金杆植入技術：將鈦合金杆植入截肢殘留的股骨中。這種植入物不僅比傳統假肢提供了更優的機械控制和承重能力，其內部的 16 根導線還能收集 AMI 肌肉上電極傳來的資訊，實現肌肉訊號的精準轉換。
這一骨整合系統被命名為“e-OPRA”，它將 AMI 訊號傳輸至專門開發的機器人控制器，後者透過計算所需扭矩，驅動假肢完成使用者預期的動作。
“所有部件協同工作，優化了身體與裝置間的資訊、能量交換和機械介面。我們將負荷直接施加於骨骼 —— 這是人體本應承重的部位，而非依賴套筒。傳統套筒不僅不舒適，還可能導致頻繁的皮膚感染。”論文第一作者 Tony Shu 解釋道。
臨床驗證
在新研究中，兩名受試者接受了結合 AMI 與 e-OPRA 系統的“骨整合機械神經假肢（OMP）”，並與另外兩類受試者對比：8 名僅接受 AMI 手術者、7 名未接受任何新技術者。所有參與者均試用了實驗室研發的實驗性動力膝關節假體。
團隊測試了受試者的多項能力，包括屈膝至指定角度、爬樓梯和跨越障礙物等。結果顯示：使用 OMP 系統的受試者在多數任務中表現最優，顯著優於僅接受 AMI 手術者，更遠超傳統假肢使用者。
身體認同感
除了動作測試，團隊還透過問卷評估了參與者對假肢的“身體認同感”——即假肢在多大程度上被感知為 “自身的一部分”。問題包括“是否感覺自己有兩條腿”、“是否認為假肢是身體的一部分”、“是否能自如控制假肢”等，聚焦於自主感、擁有感和身體表徵三個維度。
結果顯示，隨著研究推進，使用 OMP 系統的兩名受試者在自主感和擁有感上的提升，遠超其他受試者。
“這篇論文的核心意義在於探討‘身體化感知’—— 資料證明，這種感知得到了顯著改善。”Herr 強調，“無論如何升級假肢的人工智慧系統，若缺乏組織整合，它對使用者而言永遠是工具。而當整合程度足夠高時，使用者會真正將假肢視為身體的一部分。”
目前，布萊根婦女醫院已將 AMI 手術作為膝下截肢患者的常規治療方案，Herr 預計該技術很快將成為膝上截肢的標準療法。不過，整合型 OMP 系統仍需透過大規模臨床試驗，才能獲得美國食品藥品管理局（FDA）的商業使用批准，這一過程預計約需五年。
這項研究不僅為截肢者帶來了生理功能的恢復，更在心理層面重建了“完整身體”的感知——正如技術所追求的，它不僅是機械的革新，更是對“人”的重新定義。
參考文獻：
Tony Shu et al, Tissue-integrated bionic knee restores versatile legged movement after amputation, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adv3223.
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