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手和远方: 木匠与工程师的合作

事故中失去手指的木匠,
业余时间卖小道具的工程师,
不“安于本职工作”的客服代表,
学术会议上提问泼冷水的大学教授,
他们是如何启动了
一个全新模式的公益网络,
给遍及世界的上万个家庭带来了欢笑?
 
撰文 | 朱勇
 
"这是我最近常做的事情:让孩子们微笑,让他们的父母喜极而泣。"
Jon Schull, e-NABLE的创始人
 
木匠和工程师的合作
 
2011年一个星期六的下午,南非的一个木匠因为在自己工作间的一场事故失去了右手的两个手指。没想到他个人的不幸竟成为一个创新链的起始,进而引起了一场草根运动,产生了一个遍及全球的公益网络。
 
这个木匠名叫理查德·范艾斯(Richard Van As)。事故发生后,在医院的急诊室里,热爱木匠工作的他下定决心,要想办法为自己安装两根有功能的假手指。之后他试着找了几家生产假肢的公司和一些专家,寻求帮助。有的公司开价4万5千美元,这远远超出了他所能承受的范围。有的公司直接拒绝,表示无能为力。更令他啼笑皆非的是,还有的公司说他这种情况很难办——“很不幸”他只掉了两指,倘若是整只手都没了,他们倒是有可能提供解决办法。
 
经历了数月的碰壁和挫折后,范艾斯萌生了一个念头,为什么不自己尝试做一套假手指呢?于是他开始在互联网上搜索、寻求帮助。
 
范艾斯没有想到他的搜索之路竟然把他引向了万里之外。
 
伊万·欧文(Ivan Owen)是美国华盛顿州一名设计机械道具的工程师。平时在工作之余,他喜欢鼓捣些小发明或者小机械装置,放在Etsy网站上卖。 2011年4月,他自己设计、打制了一个超大型的木偶机械手。为了推销它,欧文把演示该机械手的48秒视频放到了YouTube上。当范艾斯看到这个视频后,他马上给欧文发了一个邮件,讲述自己的情况,并请求帮助。欧文答应和他一起尝试制做假指。
 
 
俩人虽然相隔1万英里,中间还有9个小时的时差,但通过Skype和电子邮件等方式开始远程合作,商量制作假指的方法。为了解决资金问题,他们把自己项目的简介放到了一个众筹网站上。 然后他们用筹集来的几千美金买了一个铣床,开始半手工、半机械的生产过程。 不过他们的进展缓慢——他们以欧文的金属机械手为原型,用金属配件来制做假指。两个人边摸索边调试,囿于私人小作坊的有限条件,几个月后才做出令他们满意的两个金属手指。
 
 
范艾斯把机械手指的照片和进展情况放到了自己脸书 (Facebook) 的主页上。这吸引了一位母亲的注意——她5岁的儿子利亚姆(Liam)出生时右手没有手指——她开始在脸书上和范艾斯交流, 请求他们的帮助。
 
这时范艾斯和欧文才意识到,他们设计的假指或假肢其实可以给更多的人带来帮助。造成手指或手臂缺损的主要原因是事故和疾病(包括因肿瘤和感染等而做的截肢)。而大约9%的上肢残疾是出生时就有的,其中大部分是由羊膜带综合症(Amniotic band syndrome,简称ABS)造成。小利亚姆就是这9%中的一个。
 
羊膜带综合症是一大类非遗传性的先天性缺陷。致病原因被普遍认为是母亲怀孕时,子宫内膜(羊膜)破裂,剥落的纤维羊膜带缠绕在胎儿的肢体、手指或脚趾上,阻断了那里的血液供应,从而导致先天截肢或组织坏死。据一个流行病学研究统计,每1千2百个新生儿中就有一个受ABS影响。
 
给因ABS而缺失手指或手的孩子配装假肢对他们的家庭来说是一个非常头疼的问题: 去厂家定制的义肢一般价格昂贵,而且孩子还在快速成长中,义肢大约每过半年就需要更换,费用也会因此成倍地增长。
 
范艾斯和欧文决定用同样的方法为利亚姆制做一个假手。这样他们二人又准备投入新一轮耗时耗力的打造。但就在这时, 一个偶然的对话改变了故事发展的轨迹。
 
3D打印技术的引进
 
欧文在白天还有一份正式的全职工作。 有一天当他和一位同事聊天时,同事提醒他说,为什么不试试3D打印呢?
 
经过一些调查研究,欧文觉得3D打印的确很适合用来制做利亚姆的假手。但在2012年,3D打印技术才刚刚兴起,打印机价格比较昂贵­——每台售价几千美金,这对他们俩来说是一笔巨大的开销。
 
这时,欧文做出了一个关键的决定——他给3D打印机制造商MakerBot发出了一封邮件,介绍他们的项目。在等不到任何回复时,欧文直接拨通了MakerBot的客服电话。接电话的是一位名叫盖文(Gavin)的客户服务代表。在详细了解了这个项目的来龙去脉之后,盖文在公司内部极力推荐MakerBot伸出援助之手。在他的倡导下,MakerBot的管理层意识到这是一个市场调研和公关的绝佳机会,由此做出了一个高瞻远瞩的决定——免费赞助范艾斯和欧文每人一台3D打印机,条件是两人要详细记录和拍摄项目的进展过程。
 
一项伟大事业的诞生离不开运气和一连串的关键性决定。范艾斯在受伤后打定主意要弥补自己右手的残缺是一个关键的决定;欧文主动联系MakerBot,并锲而不舍地跟进是另一个;而盖文超越自己工作职责范围,不遗余力地促成此事也是关键的一步。在事情的后续发展中,我们可以看到更多这样的例子。 他们都是普通人,但了不起的是,他们比别人多跨出了一步,多付出了一些努力。
 
拥有了3D打印机后,范艾斯和欧文的合作一下子顺畅起来。两人可以交换图纸、文件,再反复修改,同步打印同一个零件。这样两个人在通过视频交流时,每人手里都握着一模一样的部件。在这一过程中,3D打印的两个优势就显现出来:第一是可复制性——3D打印的设计和程序文件可以被自由传播。设计文件传到世界另一个角落后,对方用同种型号的打印机和同种材料,可以不走样地复制同一物品。第二是快速试错。同传统制造技术相比,3D打印大大缩短了试错周期——一旦有了程序文件,打印所有部件只需要20分钟。打印物品的设计瑕疵可以马上被发现,发现后可以即时纠正。这与数字照相技术取代传统照相技术相似。数字照相技术带来的一个主要优势就是:学习曲线被横向压缩。一个学摄影的人不需要漫长的等待看到他所拍摄的照片。他可以得到实时反馈,快速提高摄影技巧。
 
通过这种方式,范艾斯和欧文尽管相隔万里,却能密切合作。他们从设计、打印到组装,在投入30-40小时之后,给小利亚姆量身定做出一只以塑料为主要材料的假手,并将其命名为机器人手(robohand)。
 
这种机械手没有任何电子装置,其所有塑料零件都是通过3D打印机打印出来的,再加上螺丝和尼龙绳等配件组装而成。尼龙绳相当于肌腱。机器人手的功能也很简单,只有抓取和放开两种状态——手腕向内转动,机械手指就抓紧;手腕向外翻转,机械手指就松开。
 
2012年12月的一天,在范艾斯的工作间里,利亚姆第一次戴上了为他定制的假手。经过30分钟的调试和练习,他把一个小球抓在“右”手中。利亚姆绽放出灿烂的笑容,而在一旁观望的母亲早已泪眼涟涟。
 
 
You Tube视频和影响的扩大
 
范艾斯和欧文设计制造的机器人手对很多ABS儿童无疑是福音。3D打印的第三个优势就是其灵活性。不同儿童的机械手需要根据使用者手臂的大小和具体情况来定作,但仍可沿用同样的设计方案,只需要在3D打印前调整每个零件的尺寸,打印后再组装即可。3D打印成本低,操作简单,当一个机械手不再适合长大的孩子时,只需稍微调整打印程序,马上就可以制作出更大尺寸的机器人手。
 
利亚姆的项目成功后,南非的其他几个家长开始陆陆续续找到范艾斯,请求他们也为自己的孩子打造类似的假肢。
 
范艾斯和欧文把机械手的设计方案放到了MakerBot建立的技术共享网站(Thingiverse)上,免费提供给所有需要的人。只要他们的家里或办公室里有3D打印机,人们就可以调整、打印和组装机器人手。最重要的一点是,它们的制做成本不超过50美元。
 
 
2013年,MakerBot把机器人手的故事制作成视频,放在YouTube上,  引起了热烈反响。有数十万人观看了他们的视频,其中又有一百多人在视频下留言:
 
 
——“很高兴看到这种技术能够造福人类。”
 
——“谢谢你们把这件美好的东西献给世界!”
 
——“我是一名假肢专家。真不赖!虽然它看起来有点粗糙和不美观,但与商业设计相比,它更便宜、更轻巧,具有很大的潜力。 了不起!”
 
——“我喜欢它简单的设计,看起来完全优于过去的旧钩子。我知道有一些非常先进、非常复杂的高科技假手,但很少有人能买得起。这样的项目有助于填补断层。”
 
——“我相信我不是唯一有这样想法的人。 我们为什么不把机器人手扩大规模呢?就像开源软件似的,我们可以把硬件也开源。 虽然我没有3D打印机,但我希望能抛砖引玉。”
 
——“我在负责LA Makerspace(洛杉矶地区的一个公益组织,倡导儿童通过动手来学科学和工程)。我希望能够在洛杉矶为需要机器人手的儿童提供帮助。”
 
藏在众多评论中,有一条留言脱颖而出。这条评论再一次推动了这一创新链的多米诺骨牌。
 
科学家的留言和e-NABLE的诞生
 
乔恩·邵(Jon Schull)博士是美国罗切斯特理工学院(Rochester Institute of Technology, 简称RIT)的一名科学家。在2012年的一次学术会议上,他听到了两个相似的报告:在每个项目中,几个工程专业的学生,在教授的指导下,为他们的患者设计并定身打造了义肢。与会的人都为之惊叹,但邵博士现场却提出了一个值得深思的问题:这只是两个患者。虽然他们的问题解决了,但世界上还有成千上万有类似残疾的人。我们怎么能帮助所有的人呢?邵的这个问题也是硅谷的VC经常问的问题:“我们能扩大规模吗?” (“Can we scale it?”)
 
邵自己也开始琢磨,若是有这样一个庞大的网络存在就好了:世界上所有的大学或科研中心合作,共享资源和经验。每个大学为当地需要的人们免费制作假肢。这个愿景虽好,但实施起来却困难重重。邵都没有办法让自己的大学对其感兴趣。
 
2013年7月,邵在YouTube上看到了范艾斯和欧文的视频,冬眠在脑海里一年的主意突然又抬起头来——为什么一定要以大学为中心呢?世界上每一个有3D打印机的地方都可以成为一个义肢生产车间! 而他需要做的就是建立一个系统、一个平台,把患者、3D打印机和志愿者匹配串联起来。和优步(Uber)、爱彼迎(Airbnb)类似,这个网络也是共享经济。但和优步、爱彼迎不同的是,患者和家庭不需要付费。这一平台要完全是建立在志愿服务基础上的。
 
邵制作了一个个性化的谷歌地图,把几个有3D打印机的志愿者的地址在地图上标记出来。他再把这个地图放到机器人手的脸书网页和Thingiverse的网页上。最后他在YouTube的那段视频底下留言:“OK,  3D打印机使用者们,如果你愿意给需要机器人手的人们提供咨询或帮助,请把自己放在地图上。我在机器人手的脸书和Thingiverse网页上放了一个用户可编辑的地图。请广而告之。”
 
 
这个短短的留言发起了一场席卷全球的草根运动。6周以后,在这张谷歌地图上出现了70个新“图钉”。这些图钉代表着可以提供帮助打印假肢的志愿者。 e-NABLE就这样诞生了。
 
越来越多的拥有3D打印机的志愿者把自己的信息和地址放到了这个地图上。越来越多的ABS儿童的父母开始根据地图就近寻求帮助。困扰他们多年的问题一时间迎刃而解,而且这个解决办法是免费的。
 
邵后来在RIT也建立了自己的3D打印实验室,成为志愿者网络中的一个结点。在后来的一场报告中,邵说,“这是我最近常做的事情:让孩子们微笑,让他们的父母喜极而泣。”
 
同年,e-NABLE公益社区正式成立,其主旨就是为世界上每个上肢有缺损的患者或儿童免费设计、制造义肢。在成立的第一年里,e-NABLE的会员由100人增加到3000多人,为遍布全世界的用户提供了750多只机械手。到2015年,会员增至7000人,已为45个国家的用户免费提供了将近2000只机器人手。 截至今天,e-NABLE的社区成员已有上万人,分会遍布世界100多个国家。
 
 
遗憾的是,e-NABLE在中国大陆一直没能扩大足迹,现在只在哈尔滨有一处分会。
 
创造力的释放
 
当来自全世界的人们为了同一目标在网上自发地聚集到一起, 通过几个社区平台(Google+, 脸书, Twitter等)无障碍地交流时,创造力的源泉喷涌而出。机器人手的设计方案从最初的一个增长到几十个,可以用于各种残疾情况的上臂。这些方案都被放到了Thingiverse网站上,任何人都可以免费获取。按邵的说法,e-NABLE也是“极客”(geeks)的乐园。 他们在充分发挥、展现自己的创造和设计才能的同时,还能为人们解决实际困难。
 
创造力还来自一个意想不到的群体——那些儿童们。他们是最大的受益者,但受益不仅仅局限于残疾的弥补。他们也积极参与了自己假肢的设计。
 
假肢的大部分零件是塑料打印出来的。孩子们可以自己挑选颜色:绿色、红色、粉色、紫色……他们也可以选择塑料的质地:光滑的、带鳞的、有花纹的、仿皮革的……
 
一个叫Luke的小朋友请求他的父亲给他打印、组装有两个拇指的假手,这样方便他更紧地握住东西。他因此有了个绰号——"酷手卢克” (“Cool Hand Luke”)。
 
一个叫Trully的孩子问,"我的新手可不可以在夜里发光?"为什么不可以呢?于是他有了一只在黑暗中发光的假手。
 
Derek在3D打印实验室里摆弄不同的义肢样品时,把两个义肢接到了一起。他问:“我能不能要这么长的手臂?”现在他的右臂是他健康左臂的两倍长。从地上捡东西或从高架上取本书对他来说真是“举手之劳”。
 
当更多的孩子受惠并参与设计时,出现了越来越多的模仿动漫人物的假手:钢铁侠、 金刚狼、蜘蛛侠、冰雪皇后……
 
 
一个意想不到的好处是这些假肢对儿童心理健康的塑造。在学校里,他们的新手臂往往引起同学们的围观和羡慕。他们从被怜悯的对象变成酷炫的英雄。
 
启示
 
e-NABLE社区运行建立在几个基本原则上:
 
1. "爱心预支"(Pay-it-forward)
2. 开源、共享
3. 去中心、分布式扁平网络结构
4. 多做多权 (”do-ocracy”)
 
 
e-NABLE故事的主题不是慈善,也不是3D打印,而是创新。 它给我们带来很多启示:
 
1. 解决世界上的挑战和问题有时不一定要通过政府或商业形式。e-NABLE解决了政府、工业界、和非盈利组织难以解决的问题。
 
2. 适应市场的一个产品不一定要融合当代最先进的科学技术。机器人手系列没有电子元件,离智能型或仿生型假肢的技术水平相差甚远,但低成本地满足了儿童和成人用户的需求。
 
3. e-NABLE的成功建立在互联网基础之上。在e-NABLE诞生和成长的过程中,Youtube、Skype、脸书、Google+、谷歌地图、众筹网站和Thingiverse起到了关键的作用。创新不仅仅需要个人的深度思考,实际操作中的揣摩,一些偶然和运气,更需要跨国界、跨行业、不拘泥于组织形式的众多思想的碰撞。而这些网站或工具提供了不可或缺的思想碰撞的平台。
 
颠覆性创新的经典案例
 
1997年,哈佛商学院教授克莱顿•克里斯坦森(Clayton Christensen)的《创新者的窘境》(“The Innovator’s Dilemma”)一书问世。 一出版,它就成为商业和管理领域的经典。 书中首先提出“颠覆性创新”(disruptive innovation)这一概念。 同今天该术语被广泛使用的意义不同,颠覆性创新在书中的本意是指从低端成长起来的、和主流技术完全不一样的技术。由这种技术推出的产品最开始进入的市场是主流公司可以轻易放弃的低利润率的低端市场,甚至是传统公司不屑占领或不感兴趣的市场。因此占主导地位的公司早期往往不认为它会对主流技术或产品产生威胁。 但经过不断改良后,这种技术将从低端扩展到主流和高端,以无可比拟的成本优势占据整个市场,颠覆业界的格局。
 
 
在我看来, e-NABLE提供的机器人手就是这样一种颠覆性技术。
 
e-NABLE的假肢看起来介于玩具和医疗器械之间。同高端的仿真假肢相反,机器人手在外形设计上大张旗鼓地显示它的与众不同。 在满足用户的功能需求基础上,机器人手也携带心理功能:它们不再被用来掩盖缺陷,而成为宣扬个性和创造力的符号。
 
为了能不受限制地帮助更多人,e-NABLE 需要绕开美国FDA或其它任何官方机构的调控和管理。e-NABLE的机器人手因此必须满足三个条件: 1)假肢不能有电池,完全靠人力(手腕或肘)驱动;  2)所有假肢对用户都必须是免费的,都是建立在志愿者服务的基础上; 3)假肢只针对上肢的缺陷而制做。
 
也是因为这几点,e-NABLE 作为一个去中心化的、联结松散的网络迅速增长。e-NABLE 的假肢虽然不能完成一些精细动作, 但它赋予了用户抓取的基本功能。e-NABLE的用户多以儿童和第三世界国家为主。这恰恰是主要假肢生产商所忽略的两个市场。
 
 e-NABLE的产品现在虽然只占据着低端市场,但它有向高端市场进军的趋势。 一名叫Alex的男孩从出生起右臂几乎完全没有,既没有手也没有胳膊肘。Albert Manero是e-NABLE的一名志愿者,也是佛罗里达州中部大学的一名机械工程专业的博士生。他和几个朋友为Alex设计并打造了一个肌电臂,通过残留肌肉中的电信号控制假手臂的动作。这个肌电臂的成本比一般的机器人手高,仅材料费就需要350美元。但Manero并没有收取任何费用,也拒绝申请专利。他们把这个起名为”limbitless arm“的假肢的设计方案也放在了Thingiverse网站上,无偿献给了e-NABLE社区。
 
 
e-NABLE也开始进入下肢市场。e-NABLE和美国FDA保持良好的关系。经过讨论后,FDA允许他们用3D打印的方式制备下肢义肢的部件。
 
 e-NABLE的假肢对现有主要假肢生产厂家来说是一个颠覆性技术。而与经典的颠覆性公司不同的是,e-NABLE不是一个公司实体。对用户来说,e-NABLE提供的产品价格为零。e-NABLE没有申请任何专利,不以赚钱为目的。 对这样的潜在的竞争对手,最大的假肢公司应该采取什么样的态度和对策呢?
 
出人意料的是,假肢公司在e-NABLE的早期给予了很大的支持。2014年,e-NABLE在约翰霍普金斯大学召开第一届年会。 大会最主要的赞助商是世界上最大的两家假肢生产商:Hanger Clinic和Dankmeyer。按理说,e-NABLE对他们的商业模型产生很大的威胁,但他们的态度却是敬畏。对他们来说,e-NABLE与其说是竞争对手,还不如说是寻找灵感的地方、把握未来方向的大型实验室。防止被颠覆性创新淘汰的唯一正确方式是去参与、拥抱颠覆性创新。e-NABLE既是威胁,更是机会。
 
正如邵所说:“假肢行业近年来开始陆续引进e-NABLE的方法和设计。我们的影响是显而易见的。”
 
挑战和问题
 
e-NABLE还是在成长阶段。这个社区网络也有它潜在的脆弱性。假设某天有一个孩子戴上假臂骑自行车,被卷入一场车祸而受到伤害时,e-NABLE是否要负法律责任?任何一起诉讼案都有可能对这个组织造成影响。
 
另外还有人对志愿者能否取代医疗专业人士表示质疑。最近发表在LinkedIn上的一篇文章指出,没有经过专业培训的志愿者为用户提供3D打印的假肢会带来很多风险:产品缺乏质量控制,儿童用户可能会受到伤害,志愿者良莠不齐,等等。邵则指出,一个关键的问题是,这些孩子在得到了e-NABLE的帮助后,是否改善了他们的处境?另外,e-NABLE一直建议用户在使用他们的3D假肢的同时,也要寻求专业医疗人士的帮助。e-NABLE也欢迎矫形器/义肢制作师与他们合作。
 
e-NABLE的假肢在不同国家的推广还会遇到文化融合的问题。在文化比较含蓄、内敛的国家,酷炫式的假肢就不太受欢迎。 e-NABLE在那里的分会就需要根据当地的风俗、文化对假肢的外观进行调整。
 
e-NABLE也经历了成长的痛苦:资金来源时断时续,志愿者的流失,管理模式的探索……志愿者长期的奉献如果只靠利他主义和激情支持,则很难长久。 因此e-NABLE也在探索不同的方法去募集资金,支持社区的运转。迄今给e-NABLE提供最有力的财务支持的是谷歌公益(google.org)和YouTube。二者同属于Alphabet旗下。他们的帮助推动了“e-NABLE基金”的成立。 
 
e-NABLE的建立和成长让我们看到了一种全新的创新模式。e-NABLE是一个网络,其结点包括志愿者、分会和几个公益组织。但e-NABLE更是一个以创新、服务为基础的生态系统。
 
e-NABLE对我们最大的帮助,也许是促使我们思考:理想中的一个鼓励创新的社会环境应该是怎样的?我们应该做些什么去鼓励更多的e-NABLE出现?一旦建立,我们如何帮助扩大e-NABLE这类公益网络的影响?我们能否将e-NABLE的创新模式应用在其它方面,解决世界上其它的问题?
 
后 记
 
邵已经在2016年底离开RIT, 创建了一个名为Rochester Enable Limited的非盈利组织,其目的是支持全球e-NABLE社区,并为高中生提供一个平台和孵化器,通过3D打印和其它技术实践社区服务。今天,邵继续担任着e-NABLE“总建筑师”的角色。
 
欧文在2016年从e-NABLE基金会辞职,不再参与管理工作。但他还是志愿者中的一员。欧文还在负责给几个孩子持续提供义肢,平均每隔半年更新一次,直至他们长大成人。
 
2018年8月,机器人手的第一位儿童用户、南非的利亚姆又收到了来自远方的一个包裹。 寄件人是美国华盛顿州的欧文。包裹里是利亚姆的新机器人手。 利亚姆已经11岁了。  
 
【致谢】
Jon Schull 和 Ivan Owen抽出时间,通过电话和LinkedIn与我交流,回答我的问题。我谨在此向他们表示衷心感谢。
 
参考资料:
1. Inventology: How We Dream Up Things That Change the World Pagan Kennedy Houghton Mifflin Harcourt (2016)
2. The Innovator’s Dilemma Clayton M. Christensen Harvard Business Review Press (1997)
3. The Innovator’s Solution C.M. Christensen & M.E. Raynor Harvard Business School Press (2003)
4. https://amnioticbandsyndrome.com/about/
5. https://www.youtube.com/watch?v=dEHiAItVdiw&index=4&list=FLyt1VIHGp8Qac-Ek-rxSFOA&t=0s
6. https://www.youtube.com/watch?v=WT3772yhr0o&index=7&list=FLyt1VIHGp8Qac-Ek-rxSFOA&t=64s
7. https://www.youtube.com/watch?v=F3zmPqdz99g&index=5&list=FLyt1VIHGp8Qac-Ek-rxSFOA&t=1174s
8. http://e-nable.org/about/e-nables-emerging-infrastructure/
9. http://enablingthefuture.org/
10. https://kumu.io/jonschull/devices
11. https://www.digitaltrends.com/cool-tech/qa-with-ivan-owen-robohand-creator/
12. The Pretend Health Professional: The Risks    Louise Puliwww.linkedin.com (10/22/2018)
13. https://opencollective.com/enablefund
14. http://www.aboutonehandtyping.com/statistics.html
 
本文原载于《礼来亚洲资本》,知识分子获授权转载。
 
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