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《钢铁侠》里托尼·斯塔克穿上它，无数次拯救了世界。 《明日边缘》里阿汤哥穿上它，成为所向披靡的超级战士。 《流浪地球》里救援小组穿上它，秒变推动顶针的大力士。 从《钢铁侠》、《机械战警》到《阿丽塔》、《流浪地球》，它就是在科幻电影中大出风头的外骨骼机器人。你能想象吗？如今，这些曾经的幻想已经成为我们眼前的现实，从军事到医疗、工业领域，外骨骼机器人正在大显身手…… 图片来源：电影《钢铁侠》、《机械战警》、《明日边缘》海报 外骨骼机器人是什么？ 外骨骼原指为生物提供保护和支持的坚硬外部结构，比如蟑螂、甲虫等硬壳昆虫或虾、蟹之类的甲壳类动物。人类、鸟类等具有皮毛的动物则都属于内骨骼结构。在外骨骼基础上加上机器人的概念则意味着，它可自主移动。外骨骼机器人是一种结合了人的智能和机械动力装置能量的人机结合可穿戴装备。这种装备融合了传感、控制、信息、移动计算等技术，支撑该融合的是拟人化机械结构设计、驱动系统选择、能源问题及控制系统原理等关键技术。一般而言，外骨骼机器人主要由三部分组成，即软件控制系统、机械支撑和动力系统以及传感器系统。 从结构上来说，外骨骼机器人可分为上肢外骨骼机器人、下肢外骨骼机器人、全身外骨骼机器人和其他外骨骼机器人等四类。其中，前三类外骨骼机器人在现实中应用较为广泛，而其他外骨骼机器人主要指各类关节矫正或恢复性训练的关节外骨骼机器人。例如，麻省理工学院研制的踝矫形器和美国东北大学的膝关节矫形器等。随着技术的不断成熟，外骨骼机器人将更加多样化和多功能化，也将会在娱乐、医疗等方面得到全方位的应用。 从功能上划分，外骨骼机器人大致可分为两种：第一种是以辅助和康复治疗为主的外骨骼机器人，例如辅助残疾人或老年人行走的外骨骼机器人，以及辅助肢体受损或运动功能部分丧失的患者进行康复治疗和恢复性训练的外骨骼机器人；另一种是以增强正常人力量、速度、负重和耐力等人体机能的增力型外骨骼机器人，主要应用于军事和工业。美、日两国在外骨骼机器人的研究上起步较早，研究成果和专利也更为丰富。尤其在动力系统方面，不仅出现了电力驱动、液压驱动甚至还包括气动方案。这三种方案适用于不同的产品，也各有优势，电力驱动的机器人的动力更强劲，但人体负重较大，而液压驱动和气动的机器人则较为轻便。 外骨骼机器人的主要类型及应用领域    资料来源：美国Ekso Bionics公司、雷神公司网站，华夏幸福产业研究院整理 外骨骼机器人这块“蛋糕”有多大？ 虽然自上世纪60年代以来，世界各国一直在发展外骨骼机器人技术，但该产业至今仍未获得突破性发展。全球知名的市场咨询公司ABI Research数据显示，2018年全球外骨骼机器人出货量为7000台，销售收入仅为1.92亿美元。究其原因，不外乎技术、成本、保险补贴等方面存在着一些制约瓶颈。近些年，随着研究和开发逐步成熟，外骨骼机器人由原型阶段进入了量产阶段，成本也正在缓慢下降。我们也得以在越来越多的环境下看到它们的应用，比如用于辅助的制造业、仓储、物流、公共救援等场景，或者是用于康复医疗保健市场，特别是在社会老龄化以及技能型人才短缺的情况下，外骨骼机器人将成为提高生产力、避免和减轻伤害的重要手段之一。 无论是巨额的工伤成本，还是老龄化社会的加速到来，这种可助力的动力外骨骼系统未来必定会有巨大的应用市场。在美国，超过20%的劳动损伤都是发生在肩部和腰背部，企业用于支付肩部和腰背部损失的劳动损伤保险总额超过160亿美元；欧盟30%的人工搬运，63%的重复运动和46%糟糕的身体姿势都将促使和工作相关的肌肉骨骼疾病（WMSDs）危害工人的健康、影响企业的发展以及对社会经济造成负担；中国工人劳动强度大，劳动损伤人群年龄已下探到25岁，每年因工伤保险支出甚至超过610亿人民币。  资料来源：东方证券研报《美国历史性政策出台，外骨骼机器人产业化机遇》，华夏幸福产业研究院整理 当前和今后一段时期，随着感知、控制和驱动系统、电池、轻量化材料等技术的不断突破，以及工业、医疗康复、军事等领域不断的深入应用，外骨骼机器人产业将迎来爆发式增长。ABI Research预测2023年全球外骨骼机器人总出货量将超过9.1万台，到2028年将达到30.1万台，销售收入超过60亿美元。 外骨骼机器人的“头号玩家”有哪些？ 目前，全球有不少研发生产外骨骼机器人的企业，主要集中在美国、日本等发达国家。其中，技术领先的包括以色列的ReWalk Robotics和美国的Ekso Bionics已经拿到了美国FDA的认证，日本的Cyberdyne也取得了CE认证，进入上市销售阶段。多家中国企业瞄准市场，进入外骨骼机器人领域，并研发出了新产品，但目前仅有北京大艾机器人一家企业获得国家食品药品监督管理总局认证。 （一）国外主要外骨骼机器人公司 1. 以色列ReWalk Robotics ReWalk Robotics Ltd.于2001年6月20日在以色列成立。该公司是一个创新型医疗设备制造公司，致力于制造可穿戴外骨骼动力设备，帮助腰部以下瘫痪者重获行动能力。2018年，ReWalk公司销售额为654.5万美元，其中美国和欧洲市场销售收入占比分别为54.4%、42.9%。 ReWalk系列机器人是目前全球最成功的外骨骼康复机器人之一，主要包括两款产品，分别是ReWalk Personal和ReWalk Rehabilitation。前者主要适合家庭、工作或社交环境中使用，通过传感器和监控器，使患者站立、行走和爬楼。后者则用于临床修复，为瘫痪患者提供物理治疗方式，包括减缓瘫痪导致的肢体疼痛、肌肉痉挛、帮助肠道消化系统、加速新陈代谢等。ReWalk外骨骼机器人于2012年获得欧盟认证，进入欧洲市场，2014年6月通过美国药物与食品管理局（FDA）的审批，是全球首款获得FDA批准的外骨骼机器人产品。 ReWalk外骨骼机器人代表产品  资料来源：ReWalk Robotics公司网站 2. 美国Sarcos Robotics Sarcos Robotics公司成立于1983年，位于美国犹他州盐湖城，是开发和生产智能移动和灵巧机器人的领导者。Sarcos Robotics从2000年开始研究外骨骼技术，先后推出了Guardian XOS系列、GT系列、S系列等多款外骨骼机器人产品，应用领域涵盖汽车、航空、工业制造、物流、国防、公共安全和医疗保健等多个领域。 Sarcos公司外骨骼机器人产品  资料来源：Sarcos Robotics公司网站 3. 美国Ekso Bionics Ekso Bionics公司成立于2012年1月，总部位于美国加利福尼亚州，是全球领先的外骨骼机器人制造商，主要产品包括EksoGT（适用于中风和脊髓损伤康复的外骨骼机器人）、EksoZeroG（适用于建筑和工业行业的外骨骼机器人）。2018年，Ekso Bionics公司销售收入为1130万美元，同比增长54%。其中，医疗康复用外骨骼机器人（EksoGT）销售收入为880万美元，工业行业用外骨骼机器人（EksoZeroG）销售收入为250万美元，净利润为430万美元，同比增长104.8%。2018年，Ekso Bionics公司医疗康复用外骨骼机器人EksoGT出货量高达90台，同比增长近50%。 Ekso Bionics公司外骨骼机器人产品  资料来源：Ekso Bionics公司网站 4. 日本Cyberdyne 2004年，在日本政府资助下，日本筑波大学教授山海嘉之成立了Cyberdyne公司，次年便在爱知世博会上推出其旗舰产品HAL（混合辅助假肢），并凭借这一系列产品成为全球著名的医疗康复用外骨骼机器人公司。Cyberdyne的HAL外骨骼机器人具有能按照使用者意念而动作的随意性制御功能，以及基于机械程序的自主制御功能，使得人的脑神经、骨骼、机器人成为一个整体结构。2013年，Cyberdyne公司获得欧盟CE认证，积极开拓欧洲市场。2014年3月，Cyberdyne在东京证券交易所创业板上市，是日本首家生产医用及社会福利事业用外骨骼机器人的上市公司。2017年12月，美国食品药物管理局（FDA）批准HAL供诊所和医疗中心用于脊髓损伤患者的康复。 Cyberdyne公司HAL外骨骼机器人产品  资料来源：Cyberdyne公司网站 |
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