科学家的浪漫：给残疾妻子打印一条“3D腿”

子茕等

美籍华人段卫民是一个醉心科研的学者，也是一个寡言木讷的丈夫。和美国女孩琼斯结婚第三年，妻子突遭车祸，截去右腿！为了唤回妻子的笑，他毅然地做了一次惊世浪漫：跳上科学家云集的酒会舞台，获得力荐和美国国防部支持，参与组建一支3D打印肢体的研究团队……2015年8月，世界上第一条3D打印的“腿”装在他妻子身上！与此同时，他的团队获得了美国国家科技和技术奖提名——

工科博士示爱：一盏台灯伴你左右

2012年圣诞前夕，匹兹堡市。美籍华人段卫民驾车带着妻子琼斯去买圣诞树上的装饰品。由于他的课题在关键时刻，他想去实验室呆一会儿。走到半路上，段卫民将妻子放下，妻子和好友约在一家商场门口见面，然后搭乘对方的车去目的地。

琼斯下车，段卫民驾车缓缓起步，通过后视镜向妻子投去内疚的一瞥。结婚以来，琼斯不止一次指责他对家庭的热情和付出没她那么多，而段卫民告诉她男人最重要的事情是成功，对家庭和妻子的爱不是日常腻歪……这一瞥让他惊骇：琼斯被一辆疾驶的跑车撞飞，重重跌落在地，而后的一辆货车刹车不及，直接从她右腿上碾过去！ 琼斯被送往医院。医生沉痛地说，她的右腿必须截肢，只能保留10厘米的大腿根儿。段卫民眼前一黑，差点晕倒在地。28岁的琼斯是一名艺术老师，音乐才华出众，还担任肚皮舞教练。她长相迷人，双腿修长，假如她的下半辈子在轮椅上度过，段卫民不知道她怎么接受残酷的现实。

手术整整持续6小时，段卫民悲痛欲绝地等在手术室外。他们相识的点点滴滴在脑海盘旋……

段卫民是香港工薪家庭的孩子，祖籍合肥，从香港科技大学毕业赴美，攻读全球顶尖学府之一的匹兹堡大学博士。为了光耀门楣，他玩命地学习，从没谈过恋爱。同龄人都爱得你死我活时，段卫民不理解“爱”的感受，只觉得那太耽误时间。如果非说曾经怦然心动，那是读研时，一次和几个中学老师联谊，他觉得弹钢琴的一个黑人女孩特漂亮。然而尊严阻止他去打听那个姑娘，在他的内心深处也对美国姑娘有偏见。联谊活动后的一年多，他再也没有见过她。

一天回到宿舍，段卫民忽然见自己的床上坐着一个女孩！室友杰克见他回来，马上叫女孩离开。

宿舍不禁止异性进入，经常有男男女女穿梭。但段卫民对此很反感。另外3名室友发现他的性格古板，懒得招惹他。这会儿，杰克怕他生气，拉起姑娘站起来。段卫民“嚯”地冲过去，他自己都没想到，他竟然叫道：“等等！”众目睽睽之下，他和女孩来到走廊上，义正词严地对她说：“你是杰克的女友吗？你知道他有其他女友吗？”杰克是公认的花花公子，经常夜不归宿。此刻段卫民完全不受控制，只想告诉她，别相信这个坏男孩，离开他！你配得上更加优秀的男人！

不料女孩“噗哧”笑了：“我是他的妹妹。”

杰克追出来，哈哈笑着介绍他们认识：“这是我同父异母的妹妹琼斯，这是段卫民，有钢铁一般的意志和木墩一样的大脑。”琼斯笑吟吟地向段卫民伸出右手，金色的阳光在她的铜色皮肤上跳跃。

琼斯23岁生日那天，在家里举行派对。当时段卫民的课题是电子产品和WIFI融合感应。他做了两盏台灯，有WIFI连接情况下，其中一盏灯打开，另一盏也会打开，一盏灯灭了，另一盏也灭。琼斯捧着台灯问他：“你是个与众不同的人，你的礼物也很特别。”段卫民坦白承认：“对，我想通过它听到你说晚安。”

派对结束后，杰克开车载段卫民回校。一行人刚出发，遇到一个女孩要搭顺风车，车上已经没有位置了，段卫民迫不及待叫道：“我下车！”他一路飞奔回琼斯家，提出在她家里借宿。琼斯将他安排到杰克房间，临睡前琼斯问他：“你的礼物最用心，为了答谢，要不要我弹一首曲子给你一个人听？”

皎洁月光下，琼斯弹的是《蓝色的爱》。那是段卫民第一次真真切切地体会到爱情。他们疯狂相恋了。2009年，段卫民博士毕业，他和琼斯分别在香港和美国举行了两场婚礼。婚后，段卫民又扑入课题，获得博士后的工作机会。两人生活很幸福，像每对正常的小夫妻一样，也有不和谐的插曲，比如琼斯认为家庭关系中自己的感受最重要，而段卫民有自己爱的方式，他认为自己要为最爱的女人提供世界上最好的生活，才是对爱有力的表达。幸亏琼斯也理解这种文化和个性差异，一直支持段卫民的工作。一对小夫妻就这样有吵有闹向幸福疾驶，孰料厄运不期而至。

清醒后琼斯发现自己不见了右腿，尖叫起来，伸手就去拔身上的各种导管。段卫民一把摁住她，泪如泉涌：“琼斯，我爱你，为了我和所有爱你的人，请你坚强下去……”

“不切实际”的博士后：为妻打印一条腿

一段时间治疗后，医生为琼斯配了义肢。

由于她的腿从膝关节以上截肢，义肢不能受控制地屈伸，因此完全成了摆设——琼斯勉强可以借助义肢站立，但行走非常困难。

琼斯没办法开车，段卫民不放心她推着轮椅坐公交，无论多忙，他都每天接送妻子，把她从车上抱来抱去。学校门前的40多个台阶，段卫民从来都背着她上下。可是，再多爱也无法换回琼斯的笑颜。段卫民悔得五内俱焚。

一个深冬早上，琼斯起床穿衣，像往常一样，先给义肢穿上，再穿自己的那条腿。费了九牛二虎之力穿上后，她忽然发现裤子的拉链拉不上。“我胖成这样了，”琼斯号啕大哭：“我以前是舞蹈教练，现在每天坐在该死的轮椅上！我恨我的人生！”段卫民痛心疾首，他蹲下来帮琼斯换了一条宽大的裤子。把妻子往车上抱时，他心底暗暗发誓：我必须帮她、拯救她！

当时他在研究医学新材料，也常和3D打印等技术交集。那段时间，几名医学专家已经用3D打印为一个颅骨缺失的男孩子制造了一块颅骨。见大家每天研究电脑上的三维模型，段卫民灵机一动：3D打印连汽车也能复制，为什么不能打印一条腿？

3D打印是一种快速成型技术，以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等材料，通过逐层打印的方式构造物体。它打印出来的截面厚度以及平面的分辨率是以dpi或微米计算。它成型后可以和电脑三维设计一模一样，但实用功能较差。

比如从理论上来讲，只要设计合理，它能打印出来一部手机。但由于没有电子元件，打印出来的手机只是一个精美的模型。段卫民所做的工作，是延伸3D打印机的材料。如果材料也能通过电脑精密设计，兴许能打印电子产品，或者医学产品。

当然，这些都是理论上的假设。

要想做到技术上的真正成熟，所花费的心血比制造业大得多。例如打印一台笔记本电脑，其精密的编程需要上百人数年努力，3D打印机要通过读取每微米的横截面信息，自动识别，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来，从而制造一个实体。颅骨已经相当难制作。不但材料要一再攻坚，3D设计也要耗费大量时间和精力。而一条真正能够使用的腿，从骨骼、血管、神经都要精心设计——他要做的不仅仅是一条假肢，一个模具，而是一条能服从电脑芯片指挥的腿！

仿佛，这是一个不切实际的愿望。

2013年8月，男孩缺失的颅骨被打印出来。

这已是一个里程碑式的进步。许多专家都深感欣慰。但段卫民却神情恍惚。“打印一条腿”的念头在他脑海里挥之不去。庆功会上，一位同事揽住他问：“我们离名利已经很近，你为什么不开心？”

段卫民潸然泪下：“我妻子因为我的疏忽失去一条腿，她的人生也被夺走了光芒，我能不能启动一项新计划，为她打印一条完美的腿？”

同事听完来龙去脉，很感动。他端着酒杯，带段卫民穿过人群，去找匹兹堡大学信息科学学院和医学院的头儿。“伟大的科技成果都源于爱和慈悲，”这位同事对医学院院长史密斯教授说：“如果您愿意协作，我的团队将全力以赴投入这个新项目。”

史密斯教授听得心情澎湃。几周前，一家科研机构对他提出为一个无下肢的患者打印双腿，那时他觉得是无稽之谈，一口回绝。此刻，没想到居然有科学家再次提及，并且响应。他认为这就是冥冥中的缘分。史密斯教授趁热打铁，邀请段卫民上台演讲，拉上更多科学家和医学家参与，这样也更加容易获得批准。

段卫民二话不说跳上讲台。“曾经，我为心爱的女孩设计了一盏灯，不管到哪里她带着那盏灯，晚上她关灯的时候我的灯也会灭，那是她在对我说晚安。我们立下说一辈子晚安的誓言。结婚以后，两盏灯安在我们各自的床头柜上……可是半年前，它们再也没办法说晚安了，因为她心里的灯灭了，我不知道怎么把它点亮……”酒会安静下来。许多人泣不成声。

很顺利地，一个伟大的科研项目，得到决定性推进，几乎就在那个瞬间被敲定。

唤回妻子的笑：最完美的“腿”献给最爱的人

这个项目很快获得了美国政府和匹兹堡大学批准。但欣喜若狂的段卫民却没将此事告诉琼斯。为了全身心投入新课题，他决定搬到实验室去住。

段卫民将妻子送到她的父母家，拜托她的母亲帮忙照料。他带走了那盏感应灯，对琼斯说：“我去做一件很重要的事，必须争分夺秒完成它。在成功之前，我们还像恋爱时候那样通过它说晚安。”琼斯难过地说：“去吧，我已经习惯了你这么拼命。”

段卫民知道妻子对他把事业放得比爱情更高颇有怨言，但他要让她知道，其实不是这样的。

2013年10月，项目正式展开。10多名科学家和医学家的目的是，这条腿能自如屈伸、自如控制。课题的难度可想而知。

段卫民提出了一个方案：用钛合金制作骨骼，10多个液压系统像血管一样分布，控制它的“行动自如”，用先进材料增强它的整体功能和耐久性……这条假肢，能通过芯片接收用户的肢体动作信号，能对用户的每种肢体动作作出反应。用户通过肢体的动作操控假肢。

这对于3D打印技术而言是前所未有的挑战，对医学界也是一次巨大的考验。它必须在每个关节安装微型电机，对其他肢体的信息进行解码。许多机器人也能做到接收指令，但它们动作迟缓、夸张。而这条假肢要和另外一条真腿交替上楼、跑步……需要配合度极高，对电子信号的反应异常灵敏。

段卫民在实验室里写下了四个方块字：“攻坚克难”。他告诉小伙伴们：“在我们中国，这是一种众志成城的精神，希望大家万众一心、奋勇拼搏，不为风险所惧，不被干扰所惑，攻克难题。”

随着一次次实验失败、进展、再失败、再进展。2015年初，项目获得第一个质的飞跃——采用多种合金材料打印出一条“以假乱真的右腿”。

怎么让它接收肢体信号，火速做出反应？这一难题必须和神经科医生、信息科学家共同研究，并随时根据他们的研究结果，调整“腿”的细节。

一天晚上，段卫民像往常一样躺到床上。突然台灯灭了。他微笑着对台灯默默说一句：“晚安，琼斯。”正要准备入睡，他忽然接到电话，史密斯教授告诉他：“美国国防部决定为项目增派人手！”此前美国国防部有高级研究计划“革命性假肢”，制造了世界最顶级的假肢，也是他们率先提出神经信号控制电路，让假肢做出精细反应。现在，项目团队待解的难题，因为国防部支持，成功指日可待！段卫民起身赶往实验室。走在路上，他接到琼斯的短信：“你起床了？”原来她发现台灯亮了，虽然没睡同一个地方，但他们永远像睡在一间房一样。段卫民控制不住激动，向她透露秘密：“我想利用3D打印技术为你做一条腿，中国有一个词叫做天衣无缝，我要为你做到那样。”两个月后，实验终于成功！项目团队3D打印的右腿，不但能简单屈伸，还能活动脚趾！他们召集和遴选六名残疾人士当第一批志愿者。他们打印的第一条腿，献给了段卫民的妻子、也是第一名志愿者琼斯……

8月20日，琼斯在匹兹堡大学医疗中心接受了手术。一枚指甲大小的感应芯片将控制假肢的所有线路，让假肢和左腿完美配合。手术后，琼斯抚着右腿喜极而泣：“天哪，太不可思议了，像真的一样！”段卫民激动地拉着她，和多位专家一起教她练习：“屈，伸，先看看脚趾能不能活动……好，能不能自己下床？”琼斯缓缓地下床，又缓缓地向前迈出一步……掌声雷动，病房被欢呼包围。段卫民再也忍不住，上前抱住她：“琼斯，我们胜利了！”

2015年11月，美国ICN电视联播网采访播出段卫民等人的成果。11月中旬，电视主持人司马南横穿美国的网络电视直播中采访他的事迹。日前，本刊辗转联系他时，他诚恳地说：“我是一个中国男人，我很木讷，不懂得浪漫，但我知道怎样把最深沉的爱奉献给世界，奉献给我爱的人。”同时，他在研究以干细胞为材料，经电脑设计后，3D打印为骨骼软骨或其他组成部分，治疗人类骨骼损伤，比如半月板。

12月23日，这项科研成果直接推动3D打印的更多应用，Atlas公司邀他们参加最新一代机器人研发。据悉，他们已经测试的3D打印腿，与当下的机械腿比较，因为液压系统像血管一样分布整个肢体，控制更加“行动自如”，而最新材料的运用也增强了整体功能和耐久性。另一个让人惊喜的消息传来，他们的科研成果获得美国国家科技和技术奖提名。公布提名那天，琼斯挽着段卫民的手袅袅婷婷出现。她穿着高跟鞋，除了有点缓慢，不细心很难看出和正常人的差别。

会场上，琼斯用微笑回报每一个投来敬佩目光的人，不停地对大家说：“谢谢，谢谢。”她望向丈夫的目光，充满甜蜜和自豪。

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编辑/夏志军