在海軍陸戰隊預備役軍人喬納森·庫尼霍爾姆被派往伊拉克戰爭前，他和三個朋友成立了一家名為 Tackle Design 的研發公司。這四個人曾在北卡羅來納州立大學 (N.C.S.U.) 的工業工程課上一起工作過，他們充滿青春的熱情，希望他們這家羽翼未豐的公司能夠靠有趣且有益、而不僅僅是賺錢的工作生存下去。他們與發明家合作——為塑膠鎖製作原型，以保持鞋帶繫緊，併為帶有嵌入式 LED 的釣魚誘餌製作原型——還與他們母校的醫學工程師合作，後者正在開發用於微創機器人手術的工具。
然後，在業務有機會起步之前，庫尼霍爾姆被部署了。幾個月後，在 2005 年元旦，他和大約 35 名其他海軍陸戰隊員在巴格達西北部幼發拉底河沿岸的哈迪塞大壩附近遭到伏擊。他的排一直在搜尋幾個小時前向大壩周圍巡邏的快艇開火的武裝分子。當海軍陸戰隊員逼近疑似熱點地區時，一枚簡易爆炸裝置——土製炸彈——藏在一個橄欖油罐中爆炸了。彈片撕裂了整個排，庫尼霍爾姆被炸飛了。片刻之後，當他恢復意識時，他發現他的 M16 步槍被炸成了兩半，他的右臂幾乎在肘部以下被切斷。庫尼霍爾姆在激烈的槍戰中掙扎著脫離險境。他的戰友們呼叫空中撤離，很快巴格達附近一家醫院的外科醫生就截去了他傷痕累累的手臂。
回到北卡羅來納州後，庫尼霍爾姆在杜克大學醫療中心接受了多次手術。然後在康復後，他參觀了華盛頓特區沃爾特·裡德陸軍醫療中心，醫生在那裡為他配備了兩種人造替代品，以替代他的手和小臂。一種是傳統的分叉鉤裝置，基本上是兩個彼此對齊的鉤子，使用者可以透過肩部或手臂啟用的挽具和纜繩系統將它們分開或合攏。第二種是更先進的“肌電”假肢，它可以拾取最輕微的肌肉緊張產生的神經訊號，並將訊號轉化為運動。彎曲上臂肌肉會導致假肢“手”的鉗子夾緊；放鬆肌肉會導致鉗子鬆開。
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來自沃爾特·裡德的兩種假肢是最先進的，是假肢設計的最新成果。但回到北卡羅來納州，庫尼霍爾姆和他在 Tackle Design 的合夥人對假臂和假手的創新匱乏感到震驚。他們確信他們可以做得更好。這就是這家北卡羅來納州小型設計公司進入假肢業務的方式。更重要的是，庫尼霍爾姆和他的合夥人建立了一個假肢設計交流中心，一個他們稱之為開放假肢專案 (OPP) 的線上聯盟，其目標是培育有用的創新想法，然後免費贈送這些設計。這個想法不僅是為了造福像庫尼霍爾姆這樣已經擁有來自第一世界經濟體的資源的人，也是為了造福世界各地的截肢者。
創新停滯
具有諷刺意味的是，OPP 這樣的組織能夠引起公眾關注的原因之一是伊拉克和阿富汗戰爭造成了巨大的人員傷亡。由於急救醫學的巨大進步，以及凱夫拉爾防彈背心等裝甲的使用，與過去的戰爭相比，戰鬥造成的受傷士兵的死亡率要低得多。這是個好訊息。壞訊息是，許多在過去本會喪生的退伍軍人今天帶著嚴重的傷勢回家。
儘管如此，從絕對數量上來說，上肢截肢者的數量仍然很少，而且假肢市場也很難打入。當庫尼霍爾姆和他的合夥人對假肢行業進行研究時，他們明顯發現缺乏創新的主要原因是缺乏經濟激勵。根據美國截肢者聯盟的資料，有 170 萬美國人因疾病或創傷而失去肢體，但其中相對較少的人需要更換手臂或手。典型的截肢者年齡在 50 歲以上，並且因糖尿病或其他疾病而失去了一條腿或一隻腳。上肢截肢者——那些失去手臂或手的人——約有 10 萬人，約佔總數的 6%。受傷的退伍軍人更少。截至 2007 年底，約有 700 名伊拉克和阿富汗戰爭的退伍軍人是截肢者，其中約有 150 人失去了一隻手或一隻手臂（或者在某些情況下，是雙臂）。
如此相對較小的市場，以及由此產生的微薄利潤，使得大多數公司投資上臂假肢的研發變得無利可圖。“假肢是許多服務不足的市場之一，這些市場的創新已經停滯不前，因為傳統的激勵機制已經缺失，”庫尼霍爾姆說。“在這個領域進行創新的人通常是熱情的使用者，他們在自己的車庫裡搗鼓。”
庫尼霍爾姆所想到的是埃裡克·馮·希佩爾所說的領先使用者——這個人相對於重要的市場趨勢而言，走在大多數其他人甚至其他公司前面。領先使用者也期望從趨勢中獲得巨大的利潤或收益。麻省理工學院斯隆管理學院創新與創業小組的教授和負責人馮·希佩爾認為，領先使用者也傾向於成為積極的創新者。庫尼霍爾姆押注，透過將領先使用者的見解融入新產品，該產品很有可能在市場上取得成功，因為它預測了消費者的需求。
但是，申請專利和尋找製造商是成本高昂且錯綜複雜的過程，因此大多數試圖改進假肢設計的截肢者都看不到他們的想法走出工作室。“所有這些資訊和創新大多都消失在虛空中了，”庫尼霍爾姆補充道。
網站 www.openprosthetics.org 是一個名為共享設計聯盟的組織的一部分，它邀請假肢使用者、工程師和任何其他有興趣的人加入一個名為“改裝我的手臂”的討論。（這個名字是對 MTV 節目《改裝我的座駕》的戲仿，該節目以汽車修理工為主角，他們修理和定製舊的破車。）參與者可以貢獻時間、直覺和想象力，以改進這些裝置。所有想法都是“開源的”——也就是說，沒有任何東西是專有的，並且任何想法都被理解為可以自由共享。
一個簡單的解決方案
庫尼霍爾姆對 OPP 的主要個人貢獻是對 Trautman 鉤子的持續開發和改進。該裝置於 1925 年推出，被歸類為“自願張開”假肢，這意味著它的鉗子透過內部橡皮筋保持閉合狀態。如果使用者想要張開鉤子，他會移動或聳聳肩，這會啟動挽具和纜繩系統。如果這聽起來相對粗糙和基本，那確實如此。與市場上大多數其他鉤子一樣，Trautman 設計自首次推出以來幾乎沒有變化。“許多假肢製造商都像大眾市場消費品一樣，受制於同樣的‘一刀切’經濟學，”庫尼霍爾姆說。但他補充說，在假肢領域，“每個人的需求和能力都是獨一無二的。”
雖然鉤子可能在美學上並不令人賞心悅目，而且絕對是低科技的，但它們通常比肌電裝置更實用、更耐用，而且肯定更便宜（鉤子的平均成本在 600 美元到 2,200 美元之間，而肌電手的起價約為 6,000 美元）。此外，Trautman 鉤子的獨特之處在於它有一個所謂的背鎖：就像曾經用於搬運冰塊的冰鉗一樣，它將冰塊的重量轉化為抓住冰塊兩側的力，當使用者用更大的力向後拉鉤子時，鉤子的鉗子會鎖定或更用力地擠壓物體。另一個優點是 Trautman 鉤子的鉗子具有鋸齒狀齒，可以相互咬合，使其抓地力更強。
“假肢裝置有很多選擇，但沒有一種裝置具有這種裝置的功能，”美國矯形與假肢集團的上肢專家兼臨床主任艾格尼絲·A·柯倫說。“在我的旅行中，我遇到了全國各地的患者，他們都是 Trautman 鉤子的長期使用者，這些人甚至不會看現代裝置一眼。他們用焊縫、捆紮線和膠帶將它們固定在一起。”
由於其獨特的功能和堅固的設計，Trautman 鉤子贏得了一批忠實的追隨者，尤其是在中西部的農民和牧場主中。但製造商 Paul Trautman Company 在 20 世紀 90 年代倒閉了，該公司倒閉後不久，市場上只剩下有限的數量。當法戈市（北達科他州）的假肢師肯尼斯·M·海德聽說 OPP 時，他看到了一個絕佳的機會，可以將這種獨特的裝置重新推向市場。在 Trautman 公司的許可下，海德將從他的患者那裡借來的兩個舊 Trautman 裝置和來自明尼蘇達州白熊市世紀學院講師史蒂文·斯托爾伯格的兩個新裝置借給了 OPP，斯托爾伯格在他的課堂上使用了這些裝置。Tackle Design 對它們進行了逆向工程，在計算機輔助設計 (CAD) 程式中建立了一個數字模型，可以作為改進的起點。
對於第一批產品，庫尼霍爾姆和他的合夥人保持了簡單。他們所做的只是對使用過的鉤子進行了一些小的改動，以加強它們斷裂並焊接在一起的地方。他們將其中一個鉤子的規格透過電子郵件傳送給了北卡羅來納州夏洛特市的 Anvil Prototype & Design 公司，該公司對數字設計進行了稱為快速原型製作的過程。Anvil 將數字資訊轉換為“3D 印表機”的規格，以數千層粉末和粘合劑材料構建早期概念模型，逐層新增或“列印”它們。快速原型製作使得快速改進設計成為可能。然後，科羅拉多州博爾德市的 Rapid Tool 公司用青銅浸漬的不鏽鋼粉末製作了四個測試模型，這些粉末也是逐層新增、加熱和熔合的。Tackle Design 將新的改進型鉤子捐贈給患者進行試用。
測試，測試
測試患者之一是 L·格斯·戴維斯，他是明尼蘇達州聖彼得市一家水處理公司的 57 歲總裁，他在 1972 年的一次摩托車事故中失去了右臂。雖然戴維斯曾經考慮過安裝肌電手臂，但他認為它永遠無法承受他的生活方式。“我仍然騎摩托車，我使用鏈鋸，我還用手劈柴，”戴維斯說。“我對[假肢裝置]非常苛刻，我認為肌電手臂無法承受。但 Trautman 鉤子光滑而堅韌。我絕對是一個潛在客戶。”
根據他的測試患者的反饋，庫尼霍爾姆正在微調下一輪原型的設計。他說，原始鉤子的簡單性——三個金屬部件和兩個螺釘——使其成為進一步定製和改進的有希望的候選者。例如，它可以由更輕的合金製成，並且可以進行修改以使其具有更強的抓地力。但主要的故障已經得到修復。為了使鉤子正常開啟和關閉，必須鬆開其中一個螺釘，隨著時間的推移，這會擴大孔，並使螺釘鬆動。為了解決這個問題，許多長期使用者鑽出了螺釘孔，將金屬焊接到孔中，併為螺釘攻出了新的螺紋。然而，最終，反覆的維修給鉤子帶來了大量的磨損。N.C.S.U. 的兩名學生安迪·理查茲和理查德·肖格修改了設計，以糾正這個問題。
柯倫正急切地等待著下一批測試產品。她的許多患者都是二戰老兵，他們中的大多數人年事已高，並且習慣了他們所擁有的東西，對假肢創新幾乎沒有要求。但最近她開始看到越來越多的年輕患者，特別是從伊拉克回來計程車兵。“我很想看看年輕人對這種裝置的看法，讓他們將其與更現代的裝置進行比較，”她說。
除了幫助美國的這些人之外，像 Trautman 鉤子這樣廉價而簡單的裝置在發展中國家也將是寶貴的，在這些國家，戰爭、醫療保健水平低下和體力勞動很常見。在這些地區，上肢截肢者的數量正以驚人的速度增長，假肢對於重返有報酬的就業崗位至關重要。然而，資金嚴重短缺阻礙了大多數截肢者獲得簡單、廉價且耐用的假肢。“我們必須在美國以外的地方思考，”柯倫說。“我們需要關注沙烏地阿拉伯、印度、中國、獅子山、孟加拉國以及世界上其他地方，不幸的是，在這些地方，有些截肢是懲罰性的。”
問題是經濟，笨蛋
讓需要的人獲得鉤子的關鍵是找到一個願意在國際上銷售鉤子的分銷商。但這已被證明說起來容易做起來難。
“當我走訪不同的公司，詢問他們是否願意提供幫助時，他們都問了同樣的問題，”柯倫說。“‘我一年能賣多少？’如果沒有很大的潛在利潤，他們就沒那麼感興趣。”而且在已經有足夠多的選擇的情況下，試圖想出另一種裝置有什麼意義呢，尤其是在一個充滿財務障礙的市場中？
在庫尼霍爾姆看來，那是絕望的勸告。你也可以說，所有需要發明的都已經發明出來了。可以肯定的是，有很多假肢裝置可以很好地完成不同的事情。“但是，”他指出，“市場上仍然沒有任何東西可以作為手的可接受的替代品。”
位於馬薩諸塞州霍利斯頓的 Liberating Technologies, Inc. (LTI) 的總裁威廉·J·漢森解釋說，他的公司在美國銷售了第一批鈦合金分叉鉤。然而，像大多數假肢公司一樣，LTI 將其重點從鉤子轉移到了更現代的機械和肌電裝置上。“現在只有少數幾家信譽良好的公司為市場提供大多數體驅動鉤裝置，”漢森說。
Hosmer Dorrance Corporation 就是其中一家公司。Hosmer 公司總部位於加利福尼亞州坎貝爾市，是領先的上肢和下肢假肢製造商之一。該公司總裁卡爾·霍夫蘭回憶說，多年來，關於 Trautman 鉤子的諮詢不斷湧入。他補充說，它一直被擱置，因為它從未承諾過足夠大的回報來進行投資：“我們當然會考慮它，但數字必須加起來。”使這種投資更具風險的是，醫療保險最近整合了其“矯形和假肢”服務的報銷計費系統。結果是幾種功能性鉤子的報銷金額減少了。“如果報銷金額低於我們必須收取的費用，那就沒有任何激勵，”霍夫蘭說。“我們想盡一切努力為患者服務，但我們是一家營利性企業。”
問題就在這裡。庫尼霍爾姆“用公共利益代替利潤”的願景不斷遇到底線障礙。儘管如此，庫尼霍爾姆仍在杜克大學攻讀生物醫學工程博士學位，他仍在繼續尋找 Trautman 鉤子的製造、營銷和分銷渠道。他希望找到一家願意捐贈電子商務、支付和訂單管理服務的公司——或者更好的是，一家已經在開發假肢裝置並願意接受 OPP 設計的公司。
“現實情況是，”他指出，“在假肢方面進行工作和改進沒有傳統的經濟激勵。這並不意味著沒有人關心，但大多數人沒有資金或技術來放大他們所做的任何努力或改進。我認為，如果我們免費提供資訊，而不是將這些想法商業化並出售，我們可以產生更大的社會效益。我們的目標是建立一種方式，與任何需要這些努力和改進的人分享它們。”
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注意：本文最初以“開源手臂”為標題印刷。