上肢假肢的發展已迎來關鍵轉折點，正從被動式或身體驅動型設備向高度精密的仿生系統轉型。這一變革在很大程度上依賴于材料工程，先進復合材料在減輕結構重量和提升耐用性方面發揮著決定性作用。

Psyonic 公司研發的 “能力手”（Ability Hand）正是這一融合的典型例證，為康復專業人員提供了集速度、力量和關鍵觸覺反饋于一體的前所未有的工具。

上肢假肢市場的動態與挑戰

流行病學和人口結構因素推動了對高端上肢假肢的需求增長，催生了一個快速發展的高性能仿生設備市場。大量需要先進肢體替代解決方案的人群，凸顯了持續創新的必要性。例如，美國截肢者聯盟（Amputee Coalition）報告顯示，美國每年新增截肢病例近 18.5 萬例，預計到 2050 年，肢體缺失患者人數將達到 360 萬。這種迫切需求驅動著市場增長。

2024 年，全球上肢假肢市場規模介于 7.593 億美元（6.51 億歐元）至 9.57 億美元（8.204 億歐元）之間，預計到 2034 年將增至 15.8 億美元（13.5 億歐元），預測期內復合年增長率（CAGR）約為 5.0% 至 5.7%，增長勢頭強勁。該領域的增長與材料創新密不可分，全球超過 220 萬件假肢采用碳纖維復合材料制造，這得益于其卓越的耐用性和輕量化特性。具有優異強度重量比的結構材料至關重要，可確保假肢易于操控，且不會給殘肢帶來過度疲勞。

復合材料驅動的核心優勢：輕量化與高強度

“能力手” 的核心臨床優勢直接源于材料選擇，其整體重量約為 490 克，比普通人類手部輕 20% 左右。輕量化至關重要，因為較重的假肢會增加轉動慣量，導致肌肉和關節更快疲勞，往往會被使用者放棄。通過大幅減輕重量，復合材料結構提高了假肢的接受度，并促進本體感覺整合。該設備還具備強大的耐用性，達到 IP64 防護等級，可抵御飛濺和潑灑，這對于日常高強度使用至關重要。

碳纖維的整合是“能力手” 設計的基石，確保了輕量化、剛性和耐用性的關鍵平衡。該設備采用碳纖維增強聚合物（CFRP）復合材料，其機械性能優異，拉伸強度通常在 3.5 吉帕至 6.0 吉帕之間。這一性能表現極為突出，在強度重量比方面超越了包括鋼材在內的大多數材料。除了高拉伸強度，碳纖維還具有出色的抗壓強度，能夠承受較大壓力。

對于仿生設備而言，其高剛度（楊氏模量）尤為關鍵—— 這種剛性可確保快速的肌電指令（0.2 秒閉合時間）轉化為精確、可重復的動作，且不會導致底盤變形。碳纖維增強聚合物的尺寸穩定性和抗疲勞性，保證了設備在日常高強度使用中的持久性。此外，每個多關節手指都經過工程設計，能夠承受鈍力沖擊而不損壞，這直接得益于碳纖維增強聚合物結構。

混合制造工藝：平衡質量與成本

Psyonic 采用融合增材制造與傳統復合材料模塑技術的混合制造流程，在保證高質量的同時優化了成本。該公司使用 Formlabs 等供應商提供的立體光刻（SLA）3D 打印機制作碳纖維定制模具，用 3D 打印模具替代昂貴的計算機數控加工金屬模具，使 Psyonic 能夠快速迭代設計，并在無傳統財務壁壘的情況下進行小批量生產。這些模具采用特定樹脂（如 Tough 1500 樹脂），以利于制造復雜的復合材料部件。

模具在內部生產完成后，便開始碳纖維增強聚合物的成型過程，隨后應用濕法鋪層、預浸料或樹脂傳遞模塑（RTM）等經典復合材料制造方法。這種對碳纖維模塑的內部管控，在保持成本競爭力的同時，提升了 “能力手” 的耐用性和剛性。最終的結構性能取決于纖維（通常源自聚丙烯腈，即 PAN）和基體樹脂（通常為環氧樹脂，Sicomin 等供應商活躍于該技術材料領域）。

觸覺功能與觸感恢復：復合材料的關鍵支撐

“能力手” 的多項創新均得益于其復合材料結構的特性，其中最重要的創新是其提供觸覺反饋、實現關鍵感官恢復的能力。指尖集成的壓力傳感器可檢測握力，并向殘肢發送振動信號。碳纖維底盤的結構剛性是實現這一功能的關鍵 —— 高剛度確保觸覺電機產生的振動能夠高效傳遞，且不會通過假肢向殘肢組織過度衰減。這使得使用者能夠可靠地感知觸覺，從而精確控制握力，操控蛋殼等易碎物體而不使其破碎。

設備的控制通過檢測生物力學信號（即患者殘肢肌肉產生的肌電信號）實現，具有高度的交叉兼容性，可與大多數第三方控制系統配合使用，包括肌電模式識別系統（如 Coapt）和力敏電阻（FSR）。力敏電阻傳感器兼具估算握力和為集成感官反饋系統提供數據的雙重作用。在操作性能方面，“能力手” 的閉合速度達到了創紀錄的 0.2 秒，續航時間約為 6 至 8 小時，通過標準 USB-C 接口充電約 1 小時即可快速滿電。

結語

Psyonic 公司的 “能力手” 代表了假肢工程領域的重大進步，成功兼顧了技術性能和經濟可及性的雙重要求。碳纖維復合材料的專業整合是其成功的關鍵，在實現超輕量化設計（490 克）的同時，保證了卓越的結構耐用性和高剛性（拉伸強度高達 6.0 吉帕）。通過將先進材料科學與成本優化的混合制造方法相結合，Psyonic 樹立了仿生護理的新標準，確保了高臨床性能、持久性和患者自主性的提升。