在海军陆战队预备役军人乔纳森·库尼霍尔姆被派往伊拉克战争前，他和三个朋友成立了一家名为 Tackle Design 的研发公司。这四个人曾在北卡罗来纳州立大学 (N.C.S.U.) 的工业工程课上一起工作过，他们充满青春的热情，希望他们这家羽翼未丰的公司能够靠有趣且有益、而不仅仅是赚钱的工作生存下去。他们与发明家合作——为塑料锁制作原型，以保持鞋带系紧，并为带有嵌入式 LED 的钓鱼诱饵制作原型——还与他们母校的医学工程师合作，后者正在开发用于微创机器人手术的工具。
然后，在业务有机会起步之前，库尼霍尔姆被部署了。几个月后，在 2005 年元旦，他和大约 35 名其他海军陆战队员在巴格达西北部幼发拉底河沿岸的哈迪塞大坝附近遭到伏击。他的排一直在搜寻几个小时前向大坝周围巡逻的快艇开火的武装分子。当海军陆战队员逼近疑似热点地区时，一枚简易爆炸装置——土制炸弹——藏在一个橄榄油罐中爆炸了。弹片撕裂了整个排，库尼霍尔姆被炸飞了。片刻之后，当他恢复意识时，他发现他的 M16 步枪被炸成了两半，他的右臂几乎在肘部以下被切断。库尼霍尔姆在激烈的枪战中挣扎着脱离险境。他的战友们呼叫空中撤离，很快巴格达附近一家医院的外科医生就截去了他伤痕累累的手臂。
回到北卡罗来纳州后，库尼霍尔姆在杜克大学医疗中心接受了多次手术。然后在康复后，他参观了华盛顿特区沃尔特·里德陆军医疗中心，医生在那里为他配备了两种人造替代品，以替代他的手和小臂。一种是传统的分叉钩装置，基本上是两个彼此对齐的钩子，使用者可以通过肩部或手臂激活的挽具和缆绳系统将它们分开或合拢。第二种是更先进的“肌电”假肢，它可以拾取最轻微的肌肉紧张产生的神经信号，并将信号转化为运动。弯曲上臂肌肉会导致假肢“手”的钳子夹紧；放松肌肉会导致钳子松开。
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来自沃尔特·里德的两种假肢是最先进的，是假肢设计的最新成果。但回到北卡罗来纳州，库尼霍尔姆和他在 Tackle Design 的合伙人对假臂和假手的创新匮乏感到震惊。他们确信他们可以做得更好。这就是这家北卡罗来纳州小型设计公司进入假肢业务的方式。更重要的是，库尼霍尔姆和他的合伙人创建了一个假肢设计交流中心，一个他们称之为开放假肢项目 (OPP) 的在线联盟，其目标是培育有用的创新想法，然后免费赠送这些设计。这个想法不仅是为了造福像库尼霍尔姆这样已经拥有来自第一世界经济体的资源的人，也是为了造福世界各地的截肢者。
创新停滞
具有讽刺意味的是，OPP 这样的组织能够引起公众关注的原因之一是伊拉克和阿富汗战争造成了巨大的人员伤亡。由于急救医学的巨大进步，以及凯夫拉尔防弹背心等装甲的使用，与过去的战争相比，战斗造成的受伤士兵的死亡率要低得多。这是个好消息。坏消息是，许多在过去本会丧生的退伍军人今天带着严重的伤势回家。
尽管如此，从绝对数量上来说，上肢截肢者的数量仍然很少，而且假肢市场也很难打入。当库尼霍尔姆和他的合伙人对假肢行业进行研究时，他们明显发现缺乏创新的主要原因是缺乏经济激励。根据美国截肢者联盟的数据，有 170 万美国人因疾病或创伤而失去肢体，但其中相对较少的人需要更换手臂或手。典型的截肢者年龄在 50 岁以上，并且因糖尿病或其他疾病而失去了一条腿或一只脚。上肢截肢者——那些失去手臂或手的人——约有 10 万人，约占总数的 6%。受伤的退伍军人更少。截至 2007 年底，约有 700 名伊拉克和阿富汗战争的退伍军人是截肢者，其中约有 150 人失去了一只手或一只手臂（或者在某些情况下，是双臂）。
如此相对较小的市场，以及由此产生的微薄利润，使得大多数公司投资上臂假肢的研发变得无利可图。“假肢是许多服务不足的市场之一，这些市场的创新已经停滞不前，因为传统的激励机制已经缺失，”库尼霍尔姆说。“在这个领域进行创新的人通常是热情的用户，他们在自己的车库里捣鼓。”
库尼霍尔姆所想到的是埃里克·冯·希佩尔所说的领先用户——这个人相对于重要的市场趋势而言，走在大多数其他人甚至其他公司前面。领先用户也期望从趋势中获得巨大的利润或收益。麻省理工学院斯隆管理学院创新与创业小组的教授和负责人冯·希佩尔认为，领先用户也倾向于成为积极的创新者。库尼霍尔姆押注，通过将领先用户的见解融入新产品，该产品很有可能在市场上取得成功，因为它预测了消费者的需求。
但是，申请专利和寻找制造商是成本高昂且错综复杂的过程，因此大多数试图改进假肢设计的截肢者都看不到他们的想法走出工作室。“所有这些信息和创新大多都消失在虚空中了，”库尼霍尔姆补充道。
网站 www.openprosthetics.org 是一个名为共享设计联盟的组织的一部分，它邀请假肢使用者、工程师和任何其他有兴趣的人加入一个名为“改装我的手臂”的讨论。（这个名字是对 MTV 节目《改装我的座驾》的戏仿，该节目以汽车修理工为主角，他们修理和定制旧的破车。）参与者可以贡献时间、直觉和想象力，以改进这些设备。所有想法都是“开源的”——也就是说，没有任何东西是专有的，并且任何想法都被理解为可以自由共享。
一个简单的解决方案
库尼霍尔姆对 OPP 的主要个人贡献是对 Trautman 钩子的持续开发和改进。该装置于 1925 年推出，被归类为“自愿张开”假肢，这意味着它的钳子通过内部橡皮筋保持闭合状态。如果使用者想要张开钩子，他会移动或耸耸肩，这会启动挽具和缆绳系统。如果这听起来相对粗糙和基本，那确实如此。与市场上大多数其他钩子一样，Trautman 设计自首次推出以来几乎没有变化。“许多假肢制造商都像大众市场消费品一样，受制于同样的‘一刀切’经济学，”库尼霍尔姆说。但他补充说，在假肢领域，“每个人的需求和能力都是独一无二的。”
虽然钩子可能在美学上并不令人赏心悦目，而且绝对是低科技的，但它们通常比肌电装置更实用、更耐用，而且肯定更便宜（钩子的平均成本在 600 美元到 2,200 美元之间，而肌电手的起价约为 6,000 美元）。此外，Trautman 钩子的独特之处在于它有一个所谓的背锁：就像曾经用于搬运冰块的冰钳一样，它将冰块的重量转化为抓住冰块两侧的力，当使用者用更大的力向后拉钩子时，钩子的钳子会锁定或更用力地挤压物体。另一个优点是 Trautman 钩子的钳子具有锯齿状齿，可以相互咬合，使其抓地力更强。
“假肢设备有很多选择，但没有一种设备具有这种设备的功能，”美国矫形与假肢集团的上肢专家兼临床主任艾格尼丝·A·柯伦说。“在我的旅行中，我遇到了全国各地的患者，他们都是 Trautman 钩子的长期使用者，这些人甚至不会看现代设备一眼。他们用焊缝、捆扎线和胶带将它们固定在一起。”
由于其独特的功能和坚固的设计，Trautman 钩子赢得了一批忠实的追随者，尤其是在中西部的农民和牧场主中。但制造商 Paul Trautman Company 在 20 世纪 90 年代倒闭了，该公司倒闭后不久，市场上只剩下有限的数量。当法戈市（北达科他州）的假肢师肯尼斯·M·海德听说 OPP 时，他看到了一个绝佳的机会，可以将这种独特的装置重新推向市场。在 Trautman 公司的许可下，海德将从他的患者那里借来的两个旧 Trautman 装置和来自明尼苏达州白熊市世纪学院讲师史蒂文·斯托尔伯格的两个新装置借给了 OPP，斯托尔伯格在他的课堂上使用了这些装置。Tackle Design 对它们进行了逆向工程，在计算机辅助设计 (CAD) 程序中创建了一个数字模型，可以作为改进的起点。
对于第一批产品，库尼霍尔姆和他的合伙人保持了简单。他们所做的只是对使用过的钩子进行了一些小的改动，以加强它们断裂并焊接在一起的地方。他们将其中一个钩子的规格通过电子邮件发送给了北卡罗来纳州夏洛特市的 Anvil Prototype & Design 公司，该公司对数字设计进行了称为快速原型制作的过程。Anvil 将数字信息转换为“3D 打印机”的规格，以数千层粉末和粘合剂材料构建早期概念模型，逐层添加或“打印”它们。快速原型制作使得快速改进设计成为可能。然后，科罗拉多州博尔德市的 Rapid Tool 公司用青铜浸渍的不锈钢粉末制作了四个测试模型，这些粉末也是逐层添加、加热和熔合的。Tackle Design 将新的改进型钩子捐赠给患者进行试用。
测试，测试
测试患者之一是 L·格斯·戴维斯，他是明尼苏达州圣彼得市一家水处理公司的 57 岁总裁，他在 1972 年的一次摩托车事故中失去了右臂。虽然戴维斯曾经考虑过安装肌电手臂，但他认为它永远无法承受他的生活方式。“我仍然骑摩托车，我使用链锯，我还用手劈柴，”戴维斯说。“我对[假肢设备]非常苛刻，我认为肌电手臂无法承受。但 Trautman 钩子光滑而坚韧。我绝对是一个潜在客户。”
根据他的测试患者的反馈，库尼霍尔姆正在微调下一轮原型的设计。他说，原始钩子的简单性——三个金属部件和两个螺钉——使其成为进一步定制和改进的有希望的候选者。例如，它可以由更轻的合金制成，并且可以进行修改以使其具有更强的抓地力。但主要的故障已经得到修复。为了使钩子正常打开和关闭，必须松开其中一个螺钉，随着时间的推移，这会扩大孔，并使螺钉松动。为了解决这个问题，许多长期用户钻出了螺钉孔，将金属焊接到孔中，并为螺钉攻出了新的螺纹。然而，最终，反复的维修给钩子带来了大量的磨损。N.C.S.U. 的两名学生安迪·理查兹和理查德·肖格修改了设计，以纠正这个问题。
柯伦正急切地等待着下一批测试产品。她的许多患者都是二战老兵，他们中的大多数人年事已高，并且习惯了他们所拥有的东西，对假肢创新几乎没有要求。但最近她开始看到越来越多的年轻患者，特别是从伊拉克回来的士兵。“我很想看看年轻人对这种装置的看法，让他们将其与更现代的装置进行比较，”她说。
除了帮助美国的这些人之外，像 Trautman 钩子这样廉价而简单的装置在发展中国家也将是宝贵的，在这些国家，战争、医疗保健水平低下和体力劳动很常见。在这些地区，上肢截肢者的数量正以惊人的速度增长，假肢对于重返有报酬的就业岗位至关重要。然而，资金严重短缺阻碍了大多数截肢者获得简单、廉价且耐用的假肢。“我们必须在美国以外的地方思考，”柯伦说。“我们需要关注沙特阿拉伯、印度、中国、塞拉利昂、孟加拉国以及世界上其他地方，不幸的是，在这些地方，有些截肢是惩罚性的。”
问题是经济，笨蛋
让需要的人获得钩子的关键是找到一个愿意在国际上销售钩子的分销商。但这已被证明说起来容易做起来难。
“当我走访不同的公司，询问他们是否愿意提供帮助时，他们都问了同样的问题，”柯伦说。“‘我一年能卖多少？’如果没有很大的潜在利润，他们就没那么感兴趣。”而且在已经有足够多的选择的情况下，试图想出另一种装置有什么意义呢，尤其是在一个充满财务障碍的市场中？
在库尼霍尔姆看来，那是绝望的劝告。你也可以说，所有需要发明的都已经发明出来了。可以肯定的是，有很多假肢设备可以很好地完成不同的事情。“但是，”他指出，“市场上仍然没有任何东西可以作为手的可接受的替代品。”
位于马萨诸塞州霍利斯顿的 Liberating Technologies, Inc. (LTI) 的总裁威廉·J·汉森解释说，他的公司在美国销售了第一批钛合金分叉钩。然而，像大多数假肢公司一样，LTI 将其重点从钩子转移到了更现代的机械和肌电设备上。“现在只有少数几家信誉良好的公司为市场提供大多数体驱动钩装置，”汉森说。
Hosmer Dorrance Corporation 就是其中一家公司。Hosmer 公司总部位于加利福尼亚州坎贝尔市，是领先的上肢和下肢假肢制造商之一。该公司总裁卡尔·霍夫兰回忆说，多年来，关于 Trautman 钩子的咨询不断涌入。他补充说，它一直被搁置，因为它从未承诺过足够大的回报来进行投资：“我们当然会考虑它，但数字必须加起来。”使这种投资更具风险的是，医疗保险最近整合了其“矫形和假肢”服务的报销计费系统。结果是几种功能性钩子的报销金额减少了。“如果报销金额低于我们必须收取的费用，那就没有任何激励，”霍夫兰说。“我们想尽一切努力为患者服务，但我们是一家营利性企业。”
问题就在这里。库尼霍尔姆“用公共利益代替利润”的愿景不断遇到底线障碍。尽管如此，库尼霍尔姆仍在杜克大学攻读生物医学工程博士学位，他仍在继续寻找 Trautman 钩子的制造、营销和分销渠道。他希望找到一家愿意捐赠电子商务、支付和订单管理服务的公司——或者更好的是，一家已经在开发假肢设备并愿意接受 OPP 设计的公司。
“现实情况是，”他指出，“在假肢方面进行工作和改进没有传统的经济激励。这并不意味着没有人关心，但大多数人没有资金或技术来放大他们所做的任何努力或改进。我认为，如果我们免费提供信息，而不是将这些想法商业化并出售，我们可以产生更大的社会效益。我们的目标是创建一种方式，与任何需要这些努力和改进的人分享它们。”
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注意：本文最初以“开源手臂”为标题印刷。