科學(xué)家的浪漫：給殘疾妻子打印一條“3D腿”

子煢等

美籍華人段衛(wèi)民是一個醉心科研的學(xué)者，也是一個寡言木訥的丈夫。和美國女孩瓊斯結(jié)婚第三年，妻子突遭車禍，截去右腿！為了喚回妻子的笑，他毅然地做了一次驚世浪漫：跳上科學(xué)家云集的酒會舞臺，獲得力薦和美國國防部支持，參與組建一支3D打印肢體的研究團(tuán)隊……2015年8月，世界上第一條3D打印的“腿”裝在他妻子身上！與此同時，他的團(tuán)隊獲得了美國國家科技和技術(shù)獎提名——

工科博士示愛：一盞臺燈伴你左右

2012年圣誕前夕，匹茲堡市。美籍華人段衛(wèi)民駕車帶著妻子瓊斯去買圣誕樹上的裝飾品。由于他的課題在關(guān)鍵時刻，他想去實驗室呆一會兒。走到半路上，段衛(wèi)民將妻子放下，妻子和好友約在一家商場門口見面，然后搭乘對方的車去目的地。

瓊斯下車，段衛(wèi)民駕車緩緩起步，通過后視鏡向妻子投去內(nèi)疚的一瞥。結(jié)婚以來，瓊斯不止一次指責(zé)他對家庭的熱情和付出沒她那么多，而段衛(wèi)民告訴她男人最重要的事情是成功，對家庭和妻子的愛不是日常膩歪……這一瞥讓他驚駭：瓊斯被一輛疾駛的跑車撞飛，重重跌落在地，而后的一輛貨車剎車不及，直接從她右腿上碾過去！ 瓊斯被送往醫(yī)院。醫(yī)生沉痛地說，她的右腿必須截肢，只能保留10厘米的大腿根兒。段衛(wèi)民眼前一黑，差點暈倒在地。28歲的瓊斯是一名藝術(shù)老師，音樂才華出眾，還擔(dān)任肚皮舞教練。她長相迷人，雙腿修長，假如她的下半輩子在輪椅上度過，段衛(wèi)民不知道她怎么接受殘酷的現(xiàn)實。

手術(shù)整整持續(xù)6小時，段衛(wèi)民悲痛欲絕地等在手術(shù)室外。他們相識的點點滴滴在腦海盤旋……

段衛(wèi)民是香港工薪家庭的孩子，祖籍合肥，從香港科技大學(xué)畢業(yè)赴美，攻讀全球頂尖學(xué)府之一的匹茲堡大學(xué)博士。為了光耀門楣，他玩命地學(xué)習(xí)，從沒談過戀愛。同齡人都愛得你死我活時，段衛(wèi)民不理解“愛”的感受，只覺得那太耽誤時間。如果非說曾經(jīng)怦然心動，那是讀研時，一次和幾個中學(xué)老師聯(lián)誼，他覺得彈鋼琴的一個黑人女孩特漂亮。然而尊嚴(yán)阻止他去打聽那個姑娘，在他的內(nèi)心深處也對美國姑娘有偏見。聯(lián)誼活動后的一年多，他再也沒有見過她。

一天回到宿舍，段衛(wèi)民忽然見自己的床上坐著一個女孩！室友杰克見他回來，馬上叫女孩離開。

宿舍不禁止異性進(jìn)入，經(jīng)常有男男女女穿梭。但段衛(wèi)民對此很反感。另外3名室友發(fā)現(xiàn)他的性格古板，懶得招惹他。這會兒，杰克怕他生氣，拉起姑娘站起來。段衛(wèi)民“嚯”地沖過去，他自己都沒想到，他竟然叫道：“等等！”眾目睽睽之下，他和女孩來到走廊上，義正詞嚴(yán)地對她說：“你是杰克的女友嗎？你知道他有其他女友嗎？”杰克是公認(rèn)的花花公子，經(jīng)常夜不歸宿。此刻段衛(wèi)民完全不受控制，只想告訴她，別相信這個壞男孩，離開他！你配得上更加優(yōu)秀的男人！

不料女孩“噗哧”笑了：“我是他的妹妹?！?/p>

杰克追出來，哈哈笑著介紹他們認(rèn)識：“這是我同父異母的妹妹瓊斯，這是段衛(wèi)民，有鋼鐵一般的意志和木墩一樣的大腦。”瓊斯笑吟吟地向段衛(wèi)民伸出右手，金色的陽光在她的銅色皮膚上跳躍。

瓊斯23歲生日那天，在家里舉行派對。當(dāng)時段衛(wèi)民的課題是電子產(chǎn)品和WIFI融合感應(yīng)。他做了兩盞臺燈，有WIFI連接情況下，其中一盞燈打開，另一盞也會打開，一盞燈滅了，另一盞也滅。瓊斯捧著臺燈問他：“你是個與眾不同的人，你的禮物也很特別?！倍涡l(wèi)民坦白承認(rèn)：“對，我想通過它聽到你說晚安。”

派對結(jié)束后，杰克開車載段衛(wèi)民回校。一行人剛出發(fā)，遇到一個女孩要搭順風(fēng)車，車上已經(jīng)沒有位置了，段衛(wèi)民迫不及待叫道：“我下車！”他一路飛奔回瓊斯家，提出在她家里借宿。瓊斯將他安排到杰克房間，臨睡前瓊斯問他：“你的禮物最用心，為了答謝，要不要我彈一首曲子給你一個人聽？”

皎潔月光下，瓊斯彈的是《藍(lán)色的愛》。那是段衛(wèi)民第一次真真切切地體會到愛情。他們瘋狂相戀了。2009年，段衛(wèi)民博士畢業(yè)，他和瓊斯分別在香港和美國舉行了兩場婚禮。婚后，段衛(wèi)民又撲入課題，獲得博士后的工作機(jī)會。兩人生活很幸福，像每對正常的小夫妻一樣，也有不和諧的插曲，比如瓊斯認(rèn)為家庭關(guān)系中自己的感受最重要，而段衛(wèi)民有自己愛的方式，他認(rèn)為自己要為最愛的女人提供世界上最好的生活，才是對愛有力的表達(dá)。幸虧瓊斯也理解這種文化和個性差異，一直支持段衛(wèi)民的工作。一對小夫妻就這樣有吵有鬧向幸福疾駛，孰料厄運不期而至。

清醒后瓊斯發(fā)現(xiàn)自己不見了右腿，尖叫起來，伸手就去拔身上的各種導(dǎo)管。段衛(wèi)民一把摁住她，淚如泉涌：“瓊斯，我愛你，為了我和所有愛你的人，請你堅強(qiáng)下去……”

“不切實際”的博士后：為妻打印一條腿

一段時間治療后，醫(yī)生為瓊斯配了義肢。

由于她的腿從膝關(guān)節(jié)以上截肢，義肢不能受控制地屈伸，因此完全成了擺設(shè)——瓊斯勉強(qiáng)可以借助義肢站立，但行走非常困難。

瓊斯沒辦法開車，段衛(wèi)民不放心她推著輪椅坐公交，無論多忙，他都每天接送妻子，把她從車上抱來抱去。學(xué)校門前的40多個臺階，段衛(wèi)民從來都背著她上下?？墒牵俣鄲垡矡o法換回瓊斯的笑顏。段衛(wèi)民悔得五內(nèi)俱焚。

一個深冬早上，瓊斯起床穿衣，像往常一樣，先給義肢穿上，再穿自己的那條腿。費了九牛二虎之力穿上后，她忽然發(fā)現(xiàn)褲子的拉鏈拉不上?！拔遗殖蛇@樣了，”瓊斯號啕大哭：“我以前是舞蹈教練，現(xiàn)在每天坐在該死的輪椅上！我恨我的人生！”段衛(wèi)民痛心疾首，他蹲下來幫瓊斯換了一條寬大的褲子。把妻子往車上抱時，他心底暗暗發(fā)誓：我必須幫她、拯救她！

當(dāng)時他在研究醫(yī)學(xué)新材料，也常和3D打印等技術(shù)交集。那段時間，幾名醫(yī)學(xué)專家已經(jīng)用3D打印為一個顱骨缺失的男孩子制造了一塊顱骨。見大家每天研究電腦上的三維模型，段衛(wèi)民靈機(jī)一動：3D打印連汽車也能復(fù)制，為什么不能打印一條腿？

3D打印是一種快速成型技術(shù)，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運用粉末狀金屬或塑料等材料，通過逐層打印的方式構(gòu)造物體。它打印出來的截面厚度以及平面的分辨率是以dpi或微米計算。它成型后可以和電腦三維設(shè)計一模一樣，但實用功能較差。

比如從理論上來講，只要設(shè)計合理，它能打印出來一部手機(jī)。但由于沒有電子元件，打印出來的手機(jī)只是一個精美的模型。段衛(wèi)民所做的工作，是延伸3D打印機(jī)的材料。如果材料也能通過電腦精密設(shè)計，興許能打印電子產(chǎn)品，或者醫(yī)學(xué)產(chǎn)品。

當(dāng)然，這些都是理論上的假設(shè)。

要想做到技術(shù)上的真正成熟，所花費的心血比制造業(yè)大得多。例如打印一臺筆記本電腦，其精密的編程需要上百人數(shù)年努力，3D打印機(jī)要通過讀取每微米的橫截面信息，自動識別，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來，從而制造一個實體。顱骨已經(jīng)相當(dāng)難制作。不但材料要一再攻堅，3D設(shè)計也要耗費大量時間和精力。而一條真正能夠使用的腿，從骨骼、血管、神經(jīng)都要精心設(shè)計——他要做的不僅僅是一條假肢，一個模具，而是一條能服從電腦芯片指揮的腿！

仿佛，這是一個不切實際的愿望。

2013年8月，男孩缺失的顱骨被打印出來。

這已是一個里程碑式的進(jìn)步。許多專家都深感欣慰。但段衛(wèi)民卻神情恍惚?！按蛴∫粭l腿”的念頭在他腦海里揮之不去。慶功會上，一位同事攬住他問：“我們離名利已經(jīng)很近，你為什么不開心？”

段衛(wèi)民潸然淚下：“我妻子因為我的疏忽失去一條腿，她的人生也被奪走了光芒，我能不能啟動一項新計劃，為她打印一條完美的腿？”

同事聽完來龍去脈，很感動。他端著酒杯，帶段衛(wèi)民穿過人群，去找匹茲堡大學(xué)信息科學(xué)學(xué)院和醫(yī)學(xué)院的頭兒。“偉大的科技成果都源于愛和慈悲，”這位同事對醫(yī)學(xué)院院長史密斯教授說：“如果您愿意協(xié)作，我的團(tuán)隊將全力以赴投入這個新項目。”

史密斯教授聽得心情澎湃。幾周前，一家科研機(jī)構(gòu)對他提出為一個無下肢的患者打印雙腿，那時他覺得是無稽之談，一口回絕。此刻，沒想到居然有科學(xué)家再次提及，并且響應(yīng)。他認(rèn)為這就是冥冥中的緣分。史密斯教授趁熱打鐵，邀請段衛(wèi)民上臺演講，拉上更多科學(xué)家和醫(yī)學(xué)家參與，這樣也更加容易獲得批準(zhǔn)。

段衛(wèi)民二話不說跳上講臺?！霸?jīng)，我為心愛的女孩設(shè)計了一盞燈，不管到哪里她帶著那盞燈，晚上她關(guān)燈的時候我的燈也會滅，那是她在對我說晚安。我們立下說一輩子晚安的誓言。結(jié)婚以后，兩盞燈安在我們各自的床頭柜上……可是半年前，它們再也沒辦法說晚安了，因為她心里的燈滅了，我不知道怎么把它點亮……”酒會安靜下來。許多人泣不成聲。

很順利地，一個偉大的科研項目，得到?jīng)Q定性推進(jìn)，幾乎就在那個瞬間被敲定。

喚回妻子的笑：最完美的“腿”獻(xiàn)給最愛的人

這個項目很快獲得了美國政府和匹茲堡大學(xué)批準(zhǔn)。但欣喜若狂的段衛(wèi)民卻沒將此事告訴瓊斯。為了全身心投入新課題，他決定搬到實驗室去住。

段衛(wèi)民將妻子送到她的父母家，拜托她的母親幫忙照料。他帶走了那盞感應(yīng)燈，對瓊斯說：“我去做一件很重要的事，必須爭分奪秒完成它。在成功之前，我們還像戀愛時候那樣通過它說晚安?！杯偹闺y過地說：“去吧，我已經(jīng)習(xí)慣了你這么拼命?！?/p>

段衛(wèi)民知道妻子對他把事業(yè)放得比愛情更高頗有怨言，但他要讓她知道，其實不是這樣的。

2013年10月，項目正式展開。10多名科學(xué)家和醫(yī)學(xué)家的目的是，這條腿能自如屈伸、自如控制。課題的難度可想而知。

段衛(wèi)民提出了一個方案：用鈦合金制作骨骼，10多個液壓系統(tǒng)像血管一樣分布，控制它的“行動自如”，用先進(jìn)材料增強(qiáng)它的整體功能和耐久性……這條假肢，能通過芯片接收用戶的肢體動作信號，能對用戶的每種肢體動作作出反應(yīng)。用戶通過肢體的動作操控假肢。

這對于3D打印技術(shù)而言是前所未有的挑戰(zhàn)，對醫(yī)學(xué)界也是一次巨大的考驗。它必須在每個關(guān)節(jié)安裝微型電機(jī)，對其他肢體的信息進(jìn)行解碼。許多機(jī)器人也能做到接收指令，但它們動作遲緩、夸張。而這條假肢要和另外一條真腿交替上樓、跑步……需要配合度極高，對電子信號的反應(yīng)異常靈敏。

段衛(wèi)民在實驗室里寫下了四個方塊字：“攻堅克難”。他告訴小伙伴們：“在我們中國，這是一種眾志成城的精神，希望大家萬眾一心、奮勇拼搏，不為風(fēng)險所懼，不被干擾所惑，攻克難題?！?/p>

隨著一次次實驗失敗、進(jìn)展、再失敗、再進(jìn)展。2015年初，項目獲得第一個質(zhì)的飛躍——采用多種合金材料打印出一條“以假亂真的右腿”。

怎么讓它接收肢體信號，火速做出反應(yīng)？這一難題必須和神經(jīng)科醫(yī)生、信息科學(xué)家共同研究，并隨時根據(jù)他們的研究結(jié)果，調(diào)整“腿”的細(xì)節(jié)。

一天晚上，段衛(wèi)民像往常一樣躺到床上。突然臺燈滅了。他微笑著對臺燈默默說一句：“晚安，瓊斯?！闭獪?zhǔn)備入睡，他忽然接到電話，史密斯教授告訴他：“美國國防部決定為項目增派人手！”此前美國國防部有高級研究計劃“革命性假肢”，制造了世界最頂級的假肢，也是他們率先提出神經(jīng)信號控制電路，讓假肢做出精細(xì)反應(yīng)?，F(xiàn)在，項目團(tuán)隊待解的難題，因為國防部支持，成功指日可待！段衛(wèi)民起身趕往實驗室。走在路上，他接到瓊斯的短信：“你起床了？”原來她發(fā)現(xiàn)臺燈亮了，雖然沒睡同一個地方，但他們永遠(yuǎn)像睡在一間房一樣。段衛(wèi)民控制不住激動，向她透露秘密：“我想利用3D打印技術(shù)為你做一條腿，中國有一個詞叫做天衣無縫，我要為你做到那樣。”兩個月后，實驗終于成功！項目團(tuán)隊3D打印的右腿，不但能簡單屈伸，還能活動腳趾！他們召集和遴選六名殘疾人士當(dāng)?shù)谝慌驹刚?。他們打印的第一條腿，獻(xiàn)給了段衛(wèi)民的妻子、也是第一名志愿者瓊斯……

8月20日，瓊斯在匹茲堡大學(xué)醫(yī)療中心接受了手術(shù)。一枚指甲大小的感應(yīng)芯片將控制假肢的所有線路，讓假肢和左腿完美配合。手術(shù)后，瓊斯撫著右腿喜極而泣：“天哪，太不可思議了，像真的一樣！”段衛(wèi)民激動地拉著她，和多位專家一起教她練習(xí)：“屈，伸，先看看腳趾能不能活動……好，能不能自己下床？”瓊斯緩緩地下床，又緩緩地向前邁出一步……掌聲雷動，病房被歡呼包圍。段衛(wèi)民再也忍不住，上前抱住她：“瓊斯，我們勝利了！”

2015年11月，美國ICN電視聯(lián)播網(wǎng)采訪播出段衛(wèi)民等人的成果。11月中旬，電視主持人司馬南橫穿美國的網(wǎng)絡(luò)電視直播中采訪他的事跡。日前，本刊輾轉(zhuǎn)聯(lián)系他時，他誠懇地說：“我是一個中國男人，我很木訥，不懂得浪漫，但我知道怎樣把最深沉的愛奉獻(xiàn)給世界，奉獻(xiàn)給我愛的人?！蓖瑫r，他在研究以干細(xì)胞為材料，經(jīng)電腦設(shè)計后，3D打印為骨骼軟骨或其他組成部分，治療人類骨骼損傷，比如半月板。

12月23日，這項科研成果直接推動3D打印的更多應(yīng)用，Atlas公司邀他們參加最新一代機(jī)器人研發(fā)。據(jù)悉，他們已經(jīng)測試的3D打印腿，與當(dāng)下的機(jī)械腿比較，因為液壓系統(tǒng)像血管一樣分布整個肢體，控制更加“行動自如”，而最新材料的運用也增強(qiáng)了整體功能和耐久性。另一個讓人驚喜的消息傳來，他們的科研成果獲得美國國家科技和技術(shù)獎提名。公布提名那天，瓊斯挽著段衛(wèi)民的手裊裊婷婷出現(xiàn)。她穿著高跟鞋，除了有點緩慢，不細(xì)心很難看出和正常人的差別。

會場上，瓊斯用微笑回報每一個投來敬佩目光的人，不停地對大家說：“謝謝，謝謝?！彼蛘煞虻哪抗?，充滿甜蜜和自豪。

（希望看到主人公更多圖片或內(nèi)容，請掃描本刊封面上的知音公眾號二維碼，關(guān)注后回復(fù)“段衛(wèi)民”。）

編輯/夏志軍