要說機(jī)器人研究哪家強(qiáng)，哈佛的機(jī)器人研究絕對(duì)首屈一指，無論是僅有86克的微型機(jī)器人RoboBee，還是靠著體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)自驅(qū)動(dòng)的軟體章魚機(jī)器人，哈佛的機(jī)器人研究腦洞大的總能讓你驚嘆，原來機(jī)器人還可以這樣！

就在上個(gè)月，哈佛又推出了今年的明星產(chǎn)品——Warrior Web（勇士機(jī)器軟甲），這款機(jī)器人是美國國防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局（DARPA）早期支持的項(xiàng)目，它非常的輕便，通過為傳遞者提供下肢肌肉平行助力來增強(qiáng)其運(yùn)動(dòng)機(jī)能，降低在崎嶇地形行軍的疲勞損耗并提高行軍速度。而這種可穿戴、為人類提供助力的機(jī)器人在學(xué)術(shù)上有個(gè)十分形象的稱呼——外骨骼機(jī)器人。

作為機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)分支，外骨骼機(jī)器人的研究從1960年開始從未間斷，而這項(xiàng)技術(shù)不僅可使人類擁有大力水手、鋼鐵俠般的超能力，更是幫助殘疾甚至癱瘓人士重新站立行走。如果說2018年機(jī)器人市場的規(guī)模將達(dá)1031億美元之高，那么外骨骼機(jī)器人則是定這千億市場不得不提的一個(gè)領(lǐng)域。

縱觀全球的外骨骼機(jī)器人研究情況，由于只是一個(gè)概念性的定義，外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品的形態(tài)各異，當(dāng)然也出現(xiàn)了不少堪稱奇葩的產(chǎn)品。目前外骨骼機(jī)器人市場玩家雖形成增強(qiáng)型和康復(fù)型兩大陣營，但市場表現(xiàn)卻不溫不火。是什么限制了外骨骼機(jī)器人市場的發(fā)展，入位的各位玩家未來又該如何拓展市場呢？

半個(gè)多世紀(jì)的難題：意圖獲取

外骨骼原指為生物提供保護(hù)和支持的堅(jiān)硬外部結(jié)構(gòu)，比如蟑螂、甲蟲等硬殼昆蟲或蝦、蟹之類的甲殼類動(dòng)物。人類、鳥類等具有皮毛的動(dòng)物則都屬于內(nèi)骨骼結(jié)構(gòu)。而在外骨骼基礎(chǔ)上加上機(jī)器人的概念則意味著，它可自主移動(dòng)。

外骨骼機(jī)器人也稱可穿戴機(jī)器人，融合傳感、控制、信息、融合、移動(dòng)計(jì)算等技術(shù)于一身，涉及擬人化機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇、能源問題及控制系統(tǒng)原理等關(guān)鍵技術(shù)。

與服務(wù)機(jī)器人、教育機(jī)器人等不同的是，外骨骼機(jī)器人需要與人體接觸，通過傳感器收集人體意圖，進(jìn)行機(jī)械反饋，而如何準(zhǔn)確獲得人體的意圖，也正是外骨骼機(jī)器人研發(fā)的難點(diǎn)，而如今人工智能技術(shù)的發(fā)展，將有望解決這一開發(fā)難題。

與水下機(jī)器人類似，外骨骼機(jī)器人的最初研究也是在軍用領(lǐng)域。早在上世紀(jì)60年代，美國軍方便率先開展了外骨骼機(jī)器人的研究，目的是設(shè)計(jì)增強(qiáng)型軍用裝甲，同期康奈爾大學(xué)也開展了外骨骼機(jī)器人的研究，至今已有半個(gè)多世紀(jì)了。早期的一批研究機(jī)構(gòu)還包括，知名院校如MIT、加州伯克利分校、密西根州大學(xué)等。

美國和日本在外骨骼機(jī)器人的研究上起步較早，研究成果和專利也更為豐富。尤其在動(dòng)力系統(tǒng)方面，不僅出現(xiàn)了電力驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)甚至是氣動(dòng)等多種方案。這三種方案適用于不同的產(chǎn)品，也各有優(yōu)勢，電力驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人的動(dòng)力更強(qiáng)勁，但人體負(fù)重較大，而液壓驅(qū)動(dòng)和氣動(dòng)的機(jī)器人則較為輕便。

而中國的外骨骼機(jī)器人目前仍以學(xué)術(shù)研究為主，中科院、電子科技大學(xué)、北航等都在開展外骨骼機(jī)器人的研究。除了學(xué)術(shù)研究外，部分院校還開始探索“產(chǎn)學(xué)研”的模式，如依托于北航的大艾機(jī)器人、東南大學(xué)與科遠(yuǎn)股份的合作研究等。

市場“魚龍混雜”

在市場方向上，外骨骼機(jī)器人的玩家主要戰(zhàn)隊(duì)兩大陣營：增強(qiáng)型、康復(fù)型。增強(qiáng)型主要在于軍事和工業(yè)用途上，康復(fù)型主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，幫助行動(dòng)不便者重獲行走能力。

我們整理了國內(nèi)外的外骨骼機(jī)器人玩家，發(fā)現(xiàn)松下、Festo等大公司已經(jīng)入局外骨骼機(jī)器人的研發(fā)，同時(shí)，美國、加拿大、中國也出現(xiàn)了不少創(chuàng)企，并推出了多款產(chǎn)品。

1、增強(qiáng)型外骨骼機(jī)器人公司

增強(qiáng)型外骨骼機(jī)器人公司主要在美國和日本。成立于2000年的日本Tmsuk公司在2004年推出了被稱為“超級(jí)救援機(jī)器人”的T52Enryu液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)器人，這款機(jī)器人重大達(dá)5噸，身高達(dá)3米，在長岡技術(shù)科學(xué)大學(xué)的測試中，T52Enryu舉起了一輛汽車。這款機(jī)器人對(duì)于位于環(huán)太平洋地震帶上，對(duì)于地震頻發(fā)的日本來說，在救援和現(xiàn)場清理有很大幫助。

在外骨骼機(jī)器人大推力的競賽上，美國老牌工業(yè)企業(yè)Sarcos Robotic動(dòng)作更加頻繁，這家公司在2002年開始轉(zhuǎn)戰(zhàn)路線，開發(fā)商業(yè)機(jī)器人，并相繼推出了Guardian XOS系列，S系列等多款外骨骼產(chǎn)品，涉足軍工、航空、航海以及安全等多個(gè)領(lǐng)域。Sarcos的外骨骼機(jī)器人主要具備三大特點(diǎn)：通過操作者的反應(yīng)和直覺來控制機(jī)器人、利用傳感反饋使操作者可看見、聽見或感覺到機(jī)器人的感官、隨身攜帶電源可支持?jǐn)?shù)小時(shí)緊急自主操作。

▲軍用外骨骼機(jī)器人HULC

世界上最大的國防承包商Lockheed Martin與Berkeley Bionics合作并研發(fā)出軍用外骨骼機(jī)器人HULC。這一設(shè)備的體積并不大，可輕松放入拉桿箱中，而穿戴起來也十分方面，只需將腳踩在托盤上，固定好大腿、腰部和肩部的系帶，HULC就可通過傳感器獲得行動(dòng)者的意圖，并驅(qū)動(dòng)液壓組建做出相應(yīng)動(dòng)作，保證設(shè)備的動(dòng)作與穿戴者一致。

2、國際三大主流康復(fù)型企業(yè)

目前市場上做康復(fù)型外骨骼機(jī)器人的公司較多，而我們的統(tǒng)計(jì)不包括大型醫(yī)療康復(fù)設(shè)備，僅僅指的是可穿戴并可進(jìn)行自由活動(dòng)的外骨骼機(jī)器人，在這些機(jī)器人中由以下肢輔助機(jī)器人為主，主要面向癱瘓、中風(fēng)、衰老所導(dǎo)致的行動(dòng)不便。

以色列的Rewalk、日本的Cyberdyne、以及美國的Ekso ，以及成為這一領(lǐng)域的三大主流公司。以色列的Rewalk成立于2001年，現(xiàn)已推出兩款外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品Rewalk Personal和Rewalk Rehabilitiation。前者適合在家庭、工作等社交環(huán)境使用，后者則主要針對(duì)臨床修復(fù)，為患者提供物理治療方式。

▲Cyberdyne創(chuàng)始人山海嘉之與外骨骼機(jī)器人HAL

2004年，在日本政府的資助下，日本筑波大學(xué)教授山海嘉之成立了Cyberdyne公司，次年便在愛知世博會(huì)上推出其旗艦產(chǎn)品HAL（Hybrid Assistive Llimb，即混合輔助假肢），并憑借這一系列機(jī)器成為日本最著名的機(jī)器人公司。HAL重達(dá)23公斤，由充電電池驅(qū)動(dòng)，續(xù)航時(shí)間接近2小時(shí)40分鐘，它可以通過運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元獲取大腦的神經(jīng)信號(hào)，它最神奇之處在于可探測到皮膚表面非常微弱的信號(hào)，之后通過動(dòng)力裝置控制肌肉和骨骼的移動(dòng)。在HAL的幫助下佩戴者不僅可以進(jìn)行正常的日常生活，還可以完成站立、步行、攀爬、抓握、舉重物等高難度動(dòng)作。

20世紀(jì)末UC Berkeley也開始了外骨骼機(jī)器人的研究，并研發(fā)出可通過控制桿進(jìn)行操作的電力增力型外骨骼機(jī)械手。2005年作為UC Berkeley機(jī)器人和人體工程學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究分支的Berkeley Bionics成立了，2009年與Lockheed Martin共同利用HULC技術(shù)開發(fā)出智能仿生外骨骼“eLEGS”，幫助殘障人士回復(fù)站立和走路功能。

▲Ekso公司的康復(fù)型外骨骼機(jī)器人Ekso GT

兩年后，該公司更名為Ekso Bionics，也就是康復(fù)型外骨骼機(jī)器人三大主流公司之一。在公司更名的同時(shí)，其產(chǎn)品eLEGS也更名為Ekso GT，2016年這一產(chǎn)品獲得了FDA的認(rèn)證，成為首個(gè)獲得FDA許可的用于中風(fēng)及偏癱患者的外骨骼設(shè)備。這一產(chǎn)品的手機(jī)高達(dá)10萬美元，如此高昂的價(jià)格也自有道理，它包含F(xiàn)irstStep（康復(fù)治療師輔助進(jìn)行）、ActiveStep（用戶自主控制模式） 和ProStep（自動(dòng)感應(yīng)用戶身體動(dòng)作觸發(fā)每一步）三種行走模式，目前在全球179多個(gè)康復(fù)中心使用。去年該公司還推出了Smart Assist 和 Ekso Pulse 兩款輔助軟件，前者可為醫(yī)生和理療師提供最新的治療方案，Ekso后者則可在線衡量病人康復(fù)進(jìn)展情況。

3、國內(nèi)玩家近年初現(xiàn)

中國在外骨骼機(jī)器人上的研究始于2000年左右，而在市場方面，我國也有有一些上市公司和創(chuàng)企在做相關(guān)研究，并推出幾款針對(duì)下肢恢復(fù)功能的外骨骼機(jī)器人，但目前為止還沒有一家公司獲得CFDA的認(rèn)證，商業(yè)進(jìn)展也處于初步階段。

▲傅立葉智能外骨骼機(jī)器人Fourier X1

近日，國內(nèi)外骨骼機(jī)器人創(chuàng)企傅立葉智能宣布完成了3000萬的A輪融資。這家已19世紀(jì)偉大的數(shù)學(xué)家名字命名的的公司，成立于2015年，目前已推出了兩款產(chǎn)品上肢力反饋運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)Fourier M2以及下肢外骨骼機(jī)器Fourier X1。

▲左為Ailegs艾動(dòng)，右為Aiwalker艾康

無獨(dú)有偶，就在春節(jié)前，北京的一家外骨骼機(jī)器人公司大艾機(jī)器人也傳出了融資消息，而這家公司則是外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研的代表。這家公司的研究團(tuán)隊(duì)全部來自于清華、北航等知名高校，其董事長帥梅還是北航機(jī)電系的副教授。目前，他們已經(jīng)推出了兩款產(chǎn)品，其中Ailegs艾動(dòng)主打下肢損傷中后期康復(fù)訓(xùn)練，而Aiwalker艾康則配有移動(dòng)臺(tái)架，供早期康復(fù)患者使用。

除了這兩家最近活的融資的公司外，位于杭州的尖叫科技也推出了名為Scream One的實(shí)時(shí)人體交互步態(tài)移動(dòng)外骨骼機(jī)器人。

多數(shù)的外骨骼機(jī)器人都是采用剛性驅(qū)動(dòng)，而深圳的邁步機(jī)器人在去年年末推出的BEAR H1則采用了柔性驅(qū)動(dòng)器作為輸出，不僅提高了力控制時(shí)的穩(wěn)定性和精度，還降低了設(shè)備與使用者間的摩擦，提升了使用的安全性也節(jié)省了設(shè)備的能量消耗。同時(shí)，BEAR H1的價(jià)格僅為國外同類產(chǎn)品的一半甚至三分之一。而值得一提的是，這家成立于2016年的創(chuàng)企，其聯(lián)合創(chuàng)始人陳功、葉晶均為投身創(chuàng)業(yè)大潮的海歸博士。

此外，國內(nèi)還有尖叫科技、峰湃科技以及程天科技等初創(chuàng)公司。而在美國和加拿大也出現(xiàn)了Superflex、SuitX、Tréxō Robotic等外骨骼機(jī)器人初創(chuàng)企業(yè)。雖然目前各家的產(chǎn)品已初具形態(tài)，但在技術(shù)和用戶體驗(yàn)上尚有很大的提升空間。

市場為啥不溫不火？

外骨骼機(jī)器人最成熟的應(yīng)用領(lǐng)域是在醫(yī)療康復(fù)，而在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域則存在兩大痛點(diǎn)問題，一是在康復(fù)領(lǐng)域主要采用人工進(jìn)行一對(duì)一的訓(xùn)練，在治療案例以及數(shù)據(jù)上也十分欠缺，這就導(dǎo)致康復(fù)領(lǐng)域尚未有標(biāo)準(zhǔn)化的流程，加之國內(nèi)專業(yè)的康復(fù)師極其缺乏，醫(yī)院的治療效率有待提高。二是即便是在醫(yī)院訓(xùn)練過的患者，有些在訓(xùn)練后還會(huì)有后遺癥，這將使其在生活中遇到走路不便等障礙。

在使用外骨骼機(jī)器人進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)，醫(yī)生為外骨骼機(jī)器人設(shè)置參數(shù)，接下來就由外骨骼機(jī)器人帶領(lǐng)患者進(jìn)行一步一步的重復(fù)性訓(xùn)練。與一對(duì)一治療相比，在外骨骼機(jī)器人的幫助下，一個(gè)醫(yī)生可實(shí)現(xiàn)一對(duì)十，甚至是一對(duì)二十的效果，效率也極大的提升了。

目前，國內(nèi)的外骨骼市場沒有發(fā)展起來的原因，最大的絆腳石依然是技術(shù)本身。首先，我們前面也提到對(duì)人體意圖的收集是最難的點(diǎn)，其次，由于兩足行走是非常復(fù)雜的，而把人放在機(jī)器里也有極大的安全風(fēng)險(xiǎn)的，因此國內(nèi)的醫(yī)療器械是需要通過CFDA認(rèn)證才可上市銷售的。此外，除了受控制最嚴(yán)格的環(huán)境，而這些外骨骼機(jī)器人僅能因?qū)σ恍┨囟ㄇ闆r，對(duì)于更多的情況則束手無措。

結(jié)語：外骨骼市場亟待挖掘

據(jù)調(diào)查顯示，目前我國的康復(fù)醫(yī)院中民營的比例已達(dá)到58.1%，相對(duì)于公立醫(yī)療機(jī)構(gòu)壁壘高、建設(shè)費(fèi)用高等問題，民營醫(yī)療機(jī)構(gòu)的采購周期短、更注重性價(jià)比，這將為國產(chǎn)外骨骼機(jī)器人提供市場機(jī)會(huì)。

無論是增強(qiáng)型還是康復(fù)型外骨骼機(jī)器人，都將是實(shí)實(shí)在在解決人類生活中的問題，市場的存在就決定了外骨骼機(jī)器人技術(shù)存在的必要。而目前外骨骼機(jī)器人市場的技術(shù)、資金、人才等都不充足，還有待開發(fā)。