具身視角下兒童3D打印義肢設(shè)計(jì)探索

摘要：3D打印技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域與醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，其興起促進(jìn)了跨學(xué)科的設(shè)計(jì)探索與合作。相較傳統(tǒng)的義肢制作技術(shù)，用3D打印技術(shù)制作義肢，在精確性、可定制程度以及成本等方面都有很大的優(yōu)勢(shì)。在具身視角下，我們更關(guān)注產(chǎn)品對(duì)使用者身心的影響以及“具身主體性”的實(shí)現(xiàn)，因此具身視角下兒童義肢的設(shè)計(jì)不僅需要保證其治療護(hù)理的功能，而且應(yīng)該整合感官與情緒等多方位因素體現(xiàn)人文關(guān)懷。本文總結(jié)了目前3D打印義肢的基本程序與創(chuàng)新進(jìn)展，并基于具身理論，從兒童的認(rèn)知、情感以及行為等層面分析兒童對(duì)義肢的需求。同時(shí)，本文以小腿義肢的設(shè)計(jì)實(shí)踐為例，提出兒童3D打印義肢的具身設(shè)計(jì)策略，并結(jié)合選擇性激光燒結(jié)工藝（Selective Laser Sintering，簡(jiǎn)稱(chēng)“SLS”）進(jìn)行跨界設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：3D打印具身設(shè)計(jì)兒童義肢增材制造跨界設(shè)計(jì)

一、3D打印義肢技術(shù)的基本概述

義肢是一種彌補(bǔ)缺損肢體或增強(qiáng)身體部分功能的裝置。常見(jiàn)的義肢裝置包括手臂、手、腿、關(guān)節(jié)和眼睛等。3D打印義肢在人體工程學(xué)以及與患者肢體的匹配度方面都具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)，其不僅加強(qiáng)了義肢的可適配性與定制的精確性，而且大大降低了制作時(shí)間與費(fèi)用。[1]

（一）線(xiàn)上社區(qū)e-NABLE促進(jìn)3D打印義肢技術(shù)的發(fā)展

相對(duì)于之前成本較高的傳統(tǒng)義肢，3D打印技術(shù)在義肢制作領(lǐng)域的應(yīng)用可以說(shuō)是掀起了一場(chǎng)顛覆義肢市場(chǎng)的革命。3D打印義肢技術(shù)的發(fā)展主要始于2013年線(xiàn)上社區(qū)e-NABLE的建立。[2]e-NABLE社區(qū)是一個(gè)由世界各地的“數(shù)字化人道主義者”組成的志愿者網(wǎng)絡(luò)社區(qū)，一直致力于使用3D打印技術(shù)為有需要的人（特別是兒童）設(shè)計(jì)制作低成本的義肢，并將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)源共享。該社區(qū)擁有約兩萬(wàn)名分布在全球的志愿者，其中有教師、學(xué)生、工程師、科學(xué)家、醫(yī)學(xué)專(zhuān)家、設(shè)計(jì)師、程序員等，他們身處各個(gè)領(lǐng)域，共同參與該社區(qū)的相關(guān)工作。該社區(qū)以創(chuàng)造、創(chuàng)新、再設(shè)計(jì)和共享為理念，幫助很多醫(yī)療技術(shù)落后地區(qū)的患者用上了3D打印義肢。截至2019年11月，該社區(qū)將設(shè)計(jì)制作的約7000個(gè)3D打印義肢免費(fèi)贈(zèng)送給了全球100多個(gè)國(guó)家或地區(qū)的兒童和成人，而這些義肢的制作成本比標(biāo)準(zhǔn)的鈦合金義肢的制作成本要低許多。

在e-NABLE線(xiàn)上社區(qū)中，由于多數(shù)3D打印義肢的三維模型數(shù)據(jù)是公開(kāi)的，可在線(xiàn)獲取，因此任何人都可以下載并改進(jìn)義肢的設(shè)計(jì)方案，也可以隨時(shí)發(fā)布自己的更新版本，從而促進(jìn)了許多設(shè)計(jì)師之間的跨學(xué)科協(xié)作。e-NABLE 社區(qū)基于谷歌+（Google Plus）和臉書(shū)（Facebook）社交網(wǎng)站作為研討平臺(tái)，供設(shè)計(jì)師、志愿者和患者交換設(shè)計(jì)與設(shè)備信息，對(duì)接打印產(chǎn)品成果，這種開(kāi)源協(xié)作設(shè)計(jì)模式極大地促進(jìn)了3D打印義肢技術(shù)的發(fā)展，而設(shè)計(jì)師和使用者都可以親自參與到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中的模式，無(wú)論在醫(yī)學(xué)行業(yè)還是設(shè)計(jì)行業(yè)，都是具有顛覆性的。

（二）制作3D打印義肢的程序

傳統(tǒng)義肢的制作程序較為煩瑣，需要熟練的技術(shù)人員與工匠根據(jù)患者的殘肢結(jié)構(gòu)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，并且義肢的每一個(gè)部件都是根據(jù)患者的具體情況手工制作而成，耗時(shí)且花費(fèi)巨大。3D打印技術(shù)的使用簡(jiǎn)化了義肢設(shè)計(jì)與制作的過(guò)程，只需配合使用3D掃描儀和3D打印機(jī)就可以完成義肢的生產(chǎn)。一般情況下，使用3D打印技術(shù)制作義肢的步驟如下：

第一步，三維數(shù)字掃描。使用掃描儀器，為義肢使用者建立精確的肢體已殘缺部位的虛擬模型，該模型接受腔的構(gòu)造需與殘肢的激光掃描形態(tài)完全一致，從而使義肢與殘肢適配。

第二步，3D建模軟件建模。將義肢使用者的肢體、殘肢和通用義肢結(jié)構(gòu)的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，并發(fā)送到3D建模軟件中，創(chuàng)建義肢模型。

第三步，個(gè)性化定制。根據(jù)義肢使用者的審美需求，運(yùn)用3D設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)個(gè)性化的外形或圖案。

第四步，3D打印。義肢設(shè)計(jì)完成后，將模型以適合3D打印的STL或OBJ格式導(dǎo)出并使用3D打印機(jī)打印。

第五步，義肢組裝與調(diào)整。使用3D打印的標(biāo)準(zhǔn)或自定義連接部件將義肢組裝起來(lái)。在引導(dǎo)義肢使用者佩戴義肢時(shí)，需要注意其殘肢的結(jié)構(gòu)，包括肌肉、肌腱和骨骼等位置是否與義肢準(zhǔn)確相配，若有必要還需對(duì)義肢進(jìn)行微調(diào)。

（三）3D打印義肢的創(chuàng)新進(jìn)展

隨著3D打印技術(shù)的逐漸成熟，世界各地的設(shè)計(jì)師或醫(yī)學(xué)研究者都在不斷地探索3D打印義肢在材料使用以及設(shè)計(jì)與制作等方面的創(chuàng)新。他們開(kāi)始嘗試讓3D打印設(shè)備與更多新型材料兼容。比如，利用輕質(zhì)鈦以提高義肢的耐用性和連接強(qiáng)度；探索和使用可再生塑料等材料，解決打印廢料浪費(fèi)與環(huán)境污染的問(wèn)題；憑借網(wǎng)絡(luò)資源與線(xiàn)上研究平臺(tái)，研究人員可以在較短的時(shí)間內(nèi)提出完善的義肢生產(chǎn)方案，進(jìn)一步優(yōu)化義肢的設(shè)計(jì)制作流程。

來(lái)自美國(guó)的諾斯韋爾健康（Northwell Health）公司的研究人員開(kāi)發(fā)了由碳纖維增強(qiáng)尼龍材料3D打印的兩棲假肢“鰭\"（The FIN），其內(nèi)里的一系列錐形孔可讓水通過(guò)假肢并隨著假肢的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生自然的阻力和推進(jìn)力，使佩戴者不必更換假肢就能夠行走和游泳。由捷克的托馬斯·瓦切克（Tomas Vacek）設(shè)計(jì)的時(shí)尚風(fēng)格義肢（名為“Art4Leg”）滿(mǎn)足了患者個(gè)性化表達(dá)的需求。其蓋板采用大功率磁鐵與主體連接，前后板依靠磁力牢牢地固定在一起，同時(shí)也便于拆解安裝。在其表面噴涂顏色或使用金屬箔片，一方面可滿(mǎn)足使用者的個(gè)性需求，另一方面也能夠展現(xiàn)該義肢的材料優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，我國(guó)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域在3D打印義肢方面取得了較大的創(chuàng)新成果。筆者通過(guò)走訪(fǎng)調(diào)研上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院的3D打印創(chuàng)新研究中心以及上海光韻達(dá)數(shù)字醫(yī)療科技有限公司等機(jī)構(gòu)，了解到國(guó)內(nèi)一些醫(yī)療與科研團(tuán)隊(duì)在3D打印義肢技術(shù)的臨床轉(zhuǎn)化上已取得了一定成果，尤其是在醫(yī)療3D打印平臺(tái)的搭建上，通過(guò)“醫(yī)學(xué)+3D打印+云服務(wù)平臺(tái)”三位一體的工作模式，統(tǒng)籌了3D打印的設(shè)備、技術(shù)、材料、軟件等資源，更好地促進(jìn)了3D打印義肢技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。在2016年，我國(guó)已有第一例使用3D打印技術(shù)制作上肢的臨床病例報(bào)告。［3］

二、具身認(rèn)知與具身設(shè)計(jì)

具身認(rèn)知（embodied cognition）中的\"具身\"一詞強(qiáng)調(diào)了認(rèn)知的內(nèi)容來(lái)自我們的身體，以及身體與環(huán)境的互動(dòng)。[4]自從在設(shè)計(jì)學(xué)中引入具身認(rèn)知以來(lái)，許多研究證明了日常身體體驗(yàn)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估之間存在關(guān)聯(lián)，其中也涉及對(duì)意義表達(dá)與情感反饋的關(guān)注。［5］這些研究強(qiáng)調(diào)了身體在認(rèn)知活動(dòng)中的核心作用，試圖從身體與產(chǎn)品的互動(dòng)，以及所得到的體驗(yàn)來(lái)解釋人們從情景化的環(huán)境和物體中所獲得的認(rèn)知意義。

在具體的產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)對(duì)象是與人們身體發(fā)生互動(dòng)的物質(zhì)對(duì)象，這些互動(dòng)受到感官和身體特征的限制。設(shè)計(jì)師通常更注重設(shè)計(jì)對(duì)象的特征（包括視覺(jué)效果、材料特征或交互屬性等）與用戶(hù)感知，關(guān)注設(shè)計(jì)對(duì)象在使用的過(guò)程中如何促使使用者通過(guò)其身體經(jīng)驗(yàn)對(duì)其形成新的認(rèn)識(shí)。對(duì)身體活動(dòng)的內(nèi)化理解可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)師創(chuàng)造有意義的設(shè)計(jì)對(duì)象，真正為用戶(hù)體驗(yàn)而設(shè)計(jì)。而具身認(rèn)知框架作為一種設(shè)計(jì)工具，可以幫助設(shè)計(jì)師挖掘用戶(hù)行為和潛在需求，為設(shè)計(jì)師探索“人們?nèi)绾问褂闷渖眢w”的問(wèn)題開(kāi)辟了新的方向，并指導(dǎo)以人為本的具身設(shè)計(jì)。[6]

值得進(jìn)一步探索的主題之一是為具身體驗(yàn)而設(shè)計(jì)的方法與策略。荷蘭設(shè)計(jì)學(xué)者托馬斯·范·龍佩（Thomas Van Rompay）對(duì)具身類(lèi)型作出了有形（如直接將身體特征轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品外觀）與抽象（如選擇特殊材料來(lái)塑造產(chǎn)品的特性）的總結(jié)，并從設(shè)計(jì)體驗(yàn)出發(fā)，將產(chǎn)品的具身設(shè)計(jì)類(lèi)型分為四類(lèi)，分別為擬人化（即對(duì)身體特征的模仿）、突出圖像與符號(hào)的象征意義、感官體驗(yàn)、產(chǎn)品運(yùn)行以及用戶(hù)與之交互的方式。［7］從上述分類(lèi)出發(fā)，可以引發(fā)我們思考如下相關(guān)問(wèn)題：產(chǎn)品材料與外形表達(dá)的意義如何相互作用？基于圖像與符號(hào)的表達(dá)方式是否影響用戶(hù)與產(chǎn)品的互動(dòng)？產(chǎn)品的運(yùn)行動(dòng)作如何影響人們與產(chǎn)品交互以及對(duì)產(chǎn)品的感受？

這些基于具身認(rèn)知的思考受到產(chǎn)品特定的設(shè)計(jì)目標(biāo)與功能指向的驅(qū)動(dòng)。一方面，具身設(shè)計(jì)需要強(qiáng)調(diào)以身體為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)的“在場(chǎng)性”，深入使用情境，注重設(shè)計(jì)成果對(duì)用戶(hù)在情感上的回應(yīng)，激發(fā)用戶(hù)的好奇心以得到良好的產(chǎn)品體驗(yàn)；另一方面，在具身設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)者要關(guān)注使用者的認(rèn)知、情感和行為需求，通過(guò)產(chǎn)品的形狀、材料、使用與交互方式滿(mǎn)足使用者的需求。3D打印義肢在突破材料與制作流程的局限的同時(shí)，更需要我們將注意力集中在產(chǎn)品與人之間的物理和心理的關(guān)聯(lián)上。

三、基于兒童具身需求的義肢設(shè)計(jì)和制作

（一）兒童對(duì)義肢的具身需求分析

每個(gè)兒童的認(rèn)知能力、心理特點(diǎn)、知識(shí)基礎(chǔ)和家庭環(huán)境等都各不相同，對(duì)義肢也有不同的需求。但總體來(lái)說(shuō)，兒童對(duì)義肢的具身需求主要包括使用需求和心理情感需求。

在使用方面，使用者使用義肢的基本需求是保證其正常的活動(dòng)和生活，而這一點(diǎn)也是義肢的基本作用。但要使義肢真正地發(fā)揮好這一作用，在保證其經(jīng)久耐用、安全以及適用性強(qiáng)之外，還要根據(jù)兒童在使用時(shí)的具體體驗(yàn)，調(diào)整其靈活性、輕巧性、舒適性和便捷度等，以使兒童更容易認(rèn)可和適應(yīng)義肢。

在心理、情感方面，由于兒童階段是身心發(fā)育的特殊時(shí)期，許多兒童截肢后會(huì)變得自閉、自卑，不愿與他人交流。而使用義肢能使截肢兒童回歸日常生活，幫助他們適應(yīng)社交生活，使他們?cè)谛睦砗颓楦猩隙寄艿玫綄捨?。此外，使用義肢所帶來(lái)的身體體驗(yàn)還能夠觸發(fā)截肢兒童積極的認(rèn)知心理，比如義肢產(chǎn)品時(shí)尚的外觀造型、顏色，優(yōu)良的材料以及美好的意象都會(huì)給截肢兒童帶來(lái)良好的視覺(jué)、觸覺(jué)感受以及安全感等，以更好地促進(jìn)其成長(zhǎng)和發(fā)展。

（二）3D打印技術(shù)根據(jù)兒童具身需求設(shè)計(jì)義肢

3D打印技術(shù)可以根據(jù)截肢兒童的具體反饋對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，制造出堅(jiān)固、輕巧、易于更換且成本較低的兒童義肢。比如，對(duì)于兒童來(lái)說(shuō)，其身體成長(zhǎng)速度快，需要經(jīng)常更換義肢。[8]而利用3D打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)義肢的可調(diào)節(jié)設(shè)備部件的制造，以便于兒童在生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行微調(diào)，從而延緩需要更換全新假肢的時(shí)間，這也是目前3D打印兒童義肢的探索方向之一。

有研究表明兒童越早接觸義肢，接受并終身使用義肢的概率越高。[9]然而，兒童使用義肢經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題是排斥率較高，比如傳統(tǒng)義肢由于重量較重，便往往不為幼兒所接受。對(duì)此，英國(guó)林肯大學(xué)于2020年研制和設(shè)計(jì)出首例專(zhuān)為兩歲以下幼兒使用的3D打印“軟握式嬰兒肌電義肢”（Soft-Grasp Infant Myoelectric Prosthetic Arm）。該義肢由臂環(huán)上的觸覺(jué)傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)肌肉自然傳導(dǎo)的電信號(hào)，以此控制抓握力。［10］肌電義肢目前一般供成人使用，而英國(guó)林肯大學(xué)通過(guò)3D打印技術(shù)制作的“軟握式嬰兒肌電義肢”，是首次專(zhuān)門(mén)為兒童設(shè)計(jì)的肌電義肢。此義肢以3D打印技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石膏澆筑技術(shù)，更輕便智能，有利于嬰幼兒盡早適應(yīng)義肢的使用。

兒童的義肢除需具備輕巧、智能、適用等功能外，還需能夠滿(mǎn)足兒童的心理需求。功能性義肢融合藝術(shù)美學(xué)與創(chuàng)意設(shè)計(jì)，能夠?yàn)閮和峁┍磉_(dá)自己的方式，支持他們以積極的社會(huì)身份與他人互動(dòng)。英國(guó)開(kāi)放仿生學(xué)（Open Bionics）生物公司開(kāi)發(fā)了世界上第一款通過(guò)臨床批準(zhǔn)的3D打印手臂“英雄臂”（Hero Arm），該3D打印義肢輕便、智能又富有設(shè)計(jì)感，因?yàn)槠洳粌H具有捕捉手臂肌肉運(yùn)動(dòng)的傳感器，可以更好地控制動(dòng)作，而且其外觀也融入了一些受兒童歡迎的英雄元素，兒童們可以根據(jù)自己的喜好來(lái)定制義肢的款式，以此決定成為“鋼鐵俠”還是“冰雪女王”，這在一定程度上能夠滿(mǎn)足兒童心理與情感的需求，提高兒童的自信心，促使其更好地融入群體和社會(huì)。

當(dāng)然，目前的一些3D打印兒童義肢也存在一些局限。比如，受3D打印機(jī)分辨率的影響，目前還無(wú)法為嬰幼兒使用的義肢制作較小的零件；再比如，目前由于缺乏3D打印義肢的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，選擇3D打印義肢時(shí)也不得不考慮其耐用性、適用環(huán)境等因素；［11］還比如，目前大多數(shù)3D打印兒童義肢的設(shè)計(jì)僅做到了對(duì)兒童身體層面缺陷的彌補(bǔ)，且大多是在成人義肢的基礎(chǔ)上進(jìn)行尺寸修改，設(shè)計(jì)風(fēng)格趨向于仿真，［12］但在人文關(guān)懷、設(shè)計(jì)美化上的探索還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，仍有較大的發(fā)展空間。

四、基于3D打印技術(shù)的兒童義肢設(shè)計(jì)實(shí)踐

筆者與團(tuán)隊(duì)依托南京藝術(shù)學(xué)院無(wú)障礙設(shè)計(jì)工作坊的“3D打印義肢設(shè)計(jì)”課題，集合了一些跨學(xué)科的設(shè)計(jì)思考，旨在在具身視角下，以身體為媒介，發(fā)掘兒童潛在的對(duì)義肢的情感與使用需求，并以?xún)和⊥攘x肢——“泡泡（BUBBLES）義肢”的設(shè)計(jì)為例，結(jié)合設(shè)計(jì)語(yǔ)言與3D打印技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)踐與探索?！芭菖萘x肢”的設(shè)計(jì)以泡泡這一充滿(mǎn)童趣的事物為元素，力求幫助截肢兒童轉(zhuǎn)移對(duì)自身身體殘疾的過(guò)多關(guān)注，緩解其心理上的壓抑、痛苦與自卑等情緒。該義肢的模數(shù)單元體之間的膠著與衍生既是表皮肌理，也是結(jié)構(gòu)的輔助支撐。

（一）泡泡義肢的具身設(shè)計(jì)策略

泡泡義肢的具身設(shè)計(jì)策略根據(jù)兒童的具身需求而形成，包括突出情感訴求、增強(qiáng)舒適度以及實(shí)現(xiàn)智慧交互、智能感知三個(gè)方面。

第一，突出泡泡義肢的情感訴求。筆者及團(tuán)隊(duì)從兒童對(duì)義肢的感官體驗(yàn)中關(guān)注和分析其情感訴求，考慮到視覺(jué)因素對(duì)兒童情感的影響，從而通過(guò)義肢的形態(tài)和色彩來(lái)突出泡泡義肢的情感訴求。形態(tài)富有創(chuàng)意和色彩明亮的義肢往往能夠讓兒童在認(rèn)知和使用時(shí)充滿(mǎn)樂(lè)趣，更易接受，更有利于積極作用于兒童的心理和情感。因此我們?yōu)榕菖萘x肢設(shè)計(jì)了立體的肌理和活潑的形狀，使得義肢被觸摸時(shí)更具親和力，給人以踏實(shí)平和的心理暗示。而泡泡義肢的顏色會(huì)根據(jù)兒童喜好為其定制，以滿(mǎn)足其情感需求。

第二，通過(guò)結(jié)構(gòu)一體化，增強(qiáng)泡泡義肢的行走舒適度與靈活性。一般來(lái)說(shuō)，義肢的整體結(jié)構(gòu)主要包含接受腔、外部形態(tài)、支撐結(jié)構(gòu)和假體腳部等部分。其中，假體腳部主要有實(shí)心腳踝緩沖腳跟（Solid Ankle Cushioned Heel）、單軸或多軸腳部以及彈性龍骨腳（Elastic Keel Foot）等不同的結(jié)構(gòu)種類(lèi)［13］。出于對(duì)行走舒適度的考慮，我們?cè)O(shè)計(jì)泡泡義肢時(shí)在腳部使用了彈簧緩沖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來(lái)模擬人腳的肌腱，并通過(guò)關(guān)節(jié)球、可拆卸和連接的金屬支撐物等部件與關(guān)節(jié)腔、外部泡泡形態(tài)形成整體，在使用過(guò)程中使其盡量接近實(shí)際的步行感覺(jué)。另外，結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)借助智能設(shè)備的支持，可以積極提升使用者行走及運(yùn)動(dòng)平衡性、使用安全性和穿脫便利性。

第三，泡泡義肢使用智慧交互系統(tǒng)，使兒童與義肢不論在生理還是心理上都進(jìn)一步結(jié)合，以此實(shí)現(xiàn)智慧交互、智能感知。首先，該義肢包含記錄健康數(shù)據(jù)的傳感器，通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙就能夠接收到兒童康復(fù)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)信息，還可通過(guò)后期程序的開(kāi)發(fā)，設(shè)定不同的訓(xùn)練模式，逐漸降低兒童的畏難心理，提升其康復(fù)參與性與運(yùn)動(dòng)積極性。其次，結(jié)合當(dāng)下疫情的背景，我們?cè)谠摿x肢的支撐結(jié)構(gòu)中設(shè)置了自動(dòng)消毒噴灑裝置，可通過(guò)壓力傳感調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)此裝置的力度與角度，對(duì)義肢內(nèi)部及外部進(jìn)行自動(dòng)清潔。

（二）泡泡義肢的設(shè)計(jì)與打印方法

泡泡義肢的外觀設(shè)計(jì)通過(guò)模擬泡泡生成漫延的動(dòng)態(tài)形式，從整體把握不同的結(jié)構(gòu)要素，用模數(shù)單元體的變化與堆疊營(yíng)造活潑的感覺(jué)和視覺(jué)上的層次感，同時(shí)發(fā)揮3D打印的優(yōu)勢(shì)，融入適配設(shè)計(jì)的方法，形成一體化設(shè)計(jì)。

泡泡義肢使用了選擇性激光燒結(jié)工藝進(jìn)行打印，成型材料使用尼龍粉末，打印樣品精細(xì)度高、韌性好。在觸覺(jué)上，尼龍材料不僅可以避免傳統(tǒng)義肢材料的冰冷感，又便于后期噴繪定制化色彩。對(duì)于截肢兒童來(lái)說(shuō)，義肢是身體的共生體，而泡泡義肢設(shè)計(jì)整合了感官、功能以及情感等多維因素，滿(mǎn)足了兒童對(duì)義肢身心一體的具身需求，是一次跨界設(shè)計(jì)的成功嘗試。

五、結(jié)語(yǔ)

3D打印技術(shù)的定制化程度高、耗費(fèi)成本低、制作時(shí)間短等特點(diǎn)，預(yù)示著這一技術(shù)在義肢設(shè)計(jì)和生產(chǎn)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用潛力與前景。對(duì)兒童義肢的設(shè)計(jì)和制作，不應(yīng)該僅僅考慮其使用需求，而更應(yīng)關(guān)注其身心的需求，促使兒童從內(nèi)心認(rèn)可和接受義肢，同時(shí)幫助其消除自卑的情緒。在具身視角下，人作為“整全的人”，身體作為身心整全的基礎(chǔ)，更加強(qiáng)調(diào)義肢使用的身體體驗(yàn)，而通過(guò)這些身體體驗(yàn)反饋出來(lái)的各種具身需求，也促使義肢設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)和制作出適合的產(chǎn)品。通過(guò)兒童義肢設(shè)計(jì)實(shí)踐，筆者及團(tuán)隊(duì)得以進(jìn)一步審視并反思具身視角下兒童這一特殊群體所需義肢的設(shè)計(jì)方法與策略，而3D打印技術(shù)則為此設(shè)計(jì)探索提供了契機(jī)。

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[1] VIJAYAVENKATARAMAN S，F(xiàn)UH J Y H，LU W F，et. 3D Printing and 3D Bioprinting in Pediatrics[J]. Bioengineering，2017，4（3）：63.

[2] JELLE T K，GERWIN S，PAUL B. 3D-printed upper Limb Prostheses：A Review[J]. Disability and Rehabilitation：Assistive Technology，2017，12（3）：300-314.

[3]徐貴升，徐猛賢，區(qū)國(guó)集，等.中國(guó)首例3D打印假肢臨床報(bào)告[J].中國(guó)矯形外科雜志，2016，24（8）：766-768.

[4] VARELA F J，THOMPSON E，ROSCH E. The Embodied Mind：Cognitive Science and Human Experience （Revised Edition）[M]. Cambridge，Massachusetts：MIT Press，2017：212-214.

[5] LINDGAARD K，WESSELIUS H. Once More，With Feeling：Design Thinking and Embodied Cognition[J]. She ji：The Journal of Design，Economics，and Innovation，2017，3（2）：83-92.

[6] MCNERNEY S. Embodied Cognition and Design：A New Approach and Vocabulary [EB/OL].（2013- 05-10）[2021—01—28].https：//bigthink.com/insights-of-genius/embodied-cognition-and-design-a-new-approach-and-vocabulary.

[7] THOMAS V R，LUDDEN G. Types of Embodiment in Design：The Embodied Foundations of Meaning and Affect in Product Design[J]. International Journal of Design，2015，9（1）：1-11.

[8] LAMBERT C N，SCIORA J. A Questionnaire Survey of Juvenile to Young-adult Amputees Who Have Had Prostheses Supplied Them Through the University of Illinois Division of Services for Crippled Children[J]. The Journal of Bone and Joint Surgery，1959，41（8）：1437-1454.此研究顯示，下肢佩戴義肢的人在5歲以前平均每年需要更換一個(gè)新的義肢，從5至12歲平均兩年更換一次，12至21歲平均3到4年更換一次。

[9] BURN M B ，TA A，GOGOLA G R. Three-dimensional Printing of Prosthetic Hands for Children[J]. Journal of Hand Surgery，2016，41（5）：e103-e109.

[10] ALLEN E. First 3D-Printed Sensor-Operated Prosthetic Arm for Toddlers Prototyped by UK Engineers [EB/OL].（2020-01-13）[2021-01-28]. https：//news.lincoln.ac.uk/2020/01/13/first-3d- printed-sensor-operated-prosthetic-arm-for-toddlers-prototyped-by-uk-engineers/.

[11] ZUNIGA J M ，PECK J，SRIVASTAVA R，et. An Open Source 3D-printed Transitional Hand Prosthesis for Children[J]. Journal of Prosthetics and Orthotics：JPO，2016，28（3）：103-108.

[12]李嵇揚(yáng).用戶(hù)體驗(yàn)背景下的產(chǎn)品創(chuàng)意設(shè)計(jì)探討——以?xún)和?D打印義肢為例[J].中國(guó)培訓(xùn)，2016（18）：24-25.

[13] JAY M，ANDREW P，JESSICA H. Microprocessor Lower-Limb Prosthetics：Review of Current State of the Art[J]. JPO：Journal of Prosthetics and Orthotics，2010，22（3）：183-193.