足部矫形器能够改善患者在站立和步行时足部的受力状态并且减少冲击力，消除疼痛，防止畸形，矫正足部的功能性变形，为永久性畸形患者提供支撑，以达到平衡。在第二届激光文化创意产品设计大赛中，北工大研究生陈鹤天、张成宇、方聪同学的作品“基于3D打印的足部矫形器”，荣获三等奖。虽然该项目从想法产生到真正实现，中间经历了许多波折，但是最终呈现给大众一个真实有效的科技产品，这令团队成员都感到很欣慰。

结缘3D打印，开启创作之路

激光技术在现代科技的长河中有着日新月异的发展，足部矫形器作为其中一个热门应用产品，进入了北京工业大学激光工程研究院的视野。在导师陈继民教授的指引和北京市数字化医疗3D打印工程技术研究中心的帮助下，陈鹤天同学有机会获得了足够的实验数据和医疗知识，这也开启了足部矫形器的相关研究。在陈鹤天看来，研究生阶段有幸选择了这个研究方向，可谓是天时地利人和，导师的专业指导，项目组的鼎力支持，团队的精诚合作，使他在项目的运行中得心应手。

在研究过程中，陈鹤天也遇到不少困难，首先就是足部压力值收集上的问题。每个数据的收集都需要受邀者在步态分析器上行走，但因为每个人压力值不同，如糖尿病足、扁平足、行走外翻等等各种类型的数据也纷繁复杂。在这样的情况下，团队成员互相协调。在老师的指导下，团队成员最终选择了3D打印。3D打印可以体现个性化的设置，适合小批量、个性化的制作。传统方法需要开模，每人开一个是很费劲的，而3D打印则能够很好地解决这个问题，能有效提高足部矫形的效率。

                  导师指点迷津，团队协同合作

有了好的想法，先进的3D打印技术，即便如此，要想获得最终的成品，仍然是一个漫长而艰辛的过程。在每一个严谨而重复的日夜里，陈继民教授的潜心帮助和贴心的安慰，如一盏明灯，指引着整个团队前行。师生之间经常在激光技术上探讨，互相碰撞出思想的火花，萌生出了一些充满创意性的想法。陈继民教授建议将矫形器加入低频脉冲。团队说干就干，加入低频脉冲的矫形器，实现了足底按摩的功能。整个团队也一直在思考如何更加完善作品。

现如今，人们在快节奏的城市生活中，由于长时间的劳累工作，时常会忽视自己的身体健康，有没有可能将足部矫形器添加一些功能，达到养生的目的呢？在与导师的交流中，陈鹤天受到这方面的启发。于是，他将矫形器进行了定向功能添加，基于液态金属Ga基合金设计运放电路，对低频脉冲进行放大。根据导师提出的对足跟部压力进行缓震处理，团队研究了仿生结构，最后选择了甲壳虫芯柱结构，对通过图像处理采集到的压力区域设计缓震替换片，并且使用Ansys Workbench对芯柱结构进行静力仿真、非线性力仿真，确保缓震效果，再分别使用TPU和尼龙材质对缓震机构进行打印制作。

（陈鹤天（左）、张成宇（右）与导师陈继民教授合影）

在导师的指导下，团队基于UG二次开发功能设计足部矫形器库，设计了人机交互界面，根据编写的算法对输入信息进行分析提取，自动为使用者匹配足部矫形器。后续还在考虑为足部矫形器添加压力检测装置，用蓝牙或者WIFI模块发送压力值数据到基于LabVIEW开发的上位机或者手机APP中，方便监测并生成评估报告。如此一来，通过在矫形器的足底部分添加各种定向功能，让用户获得更精细化和人性化的服务，使用户可以通过个性化设置来满足对脚底穴位的精准理疗，达到养生的目的。

在长达数月的研究制作之后，团队成员们带着自己的作品，远赴苏州参加比赛。这次比赛对于初来江苏的同学们，都是一次记忆深刻的体验。在当地电视台，面对300多个知名大学的专业教授，他们既紧张又激动。“能够将潜心研究这么久的东西呈现在这么多人面前，我们都十分激动。”陈鹤天回忆起当时的场景仍然历历在目，“最令我们感到紧张的还是提问环节。彩排和正式录制的问题并不相同，这极大地考验了我们的临场发挥能力。”最终，参赛队员顶住压力，稳定发挥，以沉稳的状态应对了一切困难，荣获三等奖。

有梦想，有可为

从比赛现场回来后，陈鹤天等人又开始了紧锣密鼓的科研工作。现在，足部矫形器已经到了压力检测传感器的制作阶段，很快能够投入应用，实现个性化足部矫形，满足不同患者的需求。看着自己的梦想在一步一步实现，虽然陈鹤天目前很满足，但他更希望自己能做得更多。他希望能尽自己的一份力，解决眼前这些更现实的问题，比如，他知道现在有很多儿童由于背着过重的书包而导致扁平足。为此，他希望用自己的所学，找到一种经济高效的方式为这些孩子出一份力。而自己所学的激光技术和3D打印，让他有梦想，有可为。将来，他希望在导师的指导下，继续完善矫形器产品，让产品尽早走入市场，为广大消费者带去福音。他也愿意继续研究与3D打印相结合的内容，开发类似产品，用所学服务社会，奉献自己的一份力。

编辑：冯浩