|
在《钢铁侠》中，电影主人公研制了一种动力装甲，穿上之后力大无穷且能够自由飞行。在好莱坞科幻大片《明日边缘》中，汤姆克鲁斯和士兵们穿上外骨骼之后成为了超级战士，战斗力瞬间提升数倍。 实际上，外骨骼并不是科幻电影中凭空想象出的产物，其发展史可上溯到19世纪。英国著名插画师Robert Seymour曾于1830年画出《Walking By Steam》。 该作品描绘了以蒸汽为动力的行走辅助装置，成为了当代动力外骨骼技术的雏形，更启迪了后来者对机器人概念的进一步探索。 1890年，俄罗斯人尼古拉斯·亚根发明了一种以压缩空气包为动力的外骨骼系统，能够辅助人们完成行走跑跳等动作。1917年，美国发明家莱斯利·凯利发明了以蒸汽为动力的外骨骼“Pedomotor”。1970年，通用电气设计了包含30多个关节，能举重1500磅的Hardman系统。 到了20世纪末，电子技术、传感器技术与控制技术都取得了飞跃性的发展，外骨骼的发展也被带动有了大的提升。美国军火巨头雷神公司收购了Sarcos开发的XOS外骨骼系统，该系统由结构、传感器、执行器、控制器和高压液压系统组成，能使穿戴者轻而易举地举起重量上百磅的物体。 近年来，外骨骼的用途愈加广泛，新的设备不断涌现。如中国的认知外骨骼机器人、美国的“勇士织衣”、俄罗斯的“士兵-21”、法国的“大力神”等，这些外骨骼设备融合了电子、生物、传感等新技术，可以说代表了可穿戴智能设备未来的发展方向。 外骨骼来源于生物学，一般将虾、蟹、昆虫等节肢动物体表坚韧的几丁质的骨骼称为外骨骼。经过研究，人类已经制造出不少性能优质的外骨骼，不仅能为人类提供保护，还能根据肢体活动对关节动作进行感应，提供额外动力，使人类的力量更淋漓尽致地得以发挥。 外骨骼的特性使其在军事和医学领域被重视。1997年，日本Cyberdyne公司就将腿部支撑结构应用于日本一些医院中，帮助病人进行恢复训练，并且该公司用了10年时间将其研制的外骨骼机器人“HAL”推向市场，旨在辅助残障者和伤患复健。此外，以色列的Rewalk、美国的Ekso也在这一领域相当出色。 与美国、日本等国相比，我国对于外骨骼技术的研究较晚，发展也相对缓慢，但路径基本一致，也是从军用走向商用。 2013年，军区总医院博士后工作站发布了“单兵负重辅助系统”，用于压缩负重，能与穿戴者动作迅速同步。尽管被认为是目前国内最完善的外骨骼装置，但功能相对单一，负重能力和设计结构皆需提升。 2014年，中科院设计研发了EXOP-1外骨骼系统。与之前的设备相比，减轻了穿戴者的负担，但体积仍相对笨重，短期内难以投入使用。 今年，迈克机器人发布了BEAR-H1外骨骼装置，采用了柔性驱动器作为输出，能帮助坐在轮椅上的残疾人重新站立行走。 除了医疗和军事领域，外骨骼机器人还有其他的作用。例如在建筑行业，可以帮助建筑工人节省体力。在传统的汽车制造业，对重复性的生产工作效率的提高极为有效。如宝马公司和慕尼黑大学合作研发了一款3D打印定制的手套，能帮助大拇指完成重复性的生产动作。 若是外骨骼设备加上柔性驱动器，就能在人机交互的场景中发挥出极大的作用。无需力与力矩传感器也能实现力反馈，从而提升力控制的稳定性和精度，提升安全性并节省能量消耗。 如BEAR-H1外骨骼机器人，其最大的特点在于采用了柔性驱动器作为输出，并且是全球首款。目前市面上现有的包括美国、日本的外骨骼机器人，都是采用的刚性驱动器。 此外，外骨骼设备中的传感器可以检测到人体的运动状态，并根据AI算法预测人体意图，这些信息都能被采集并用于对机器人的控制。 甚至在媒体行业，外骨骼设备也得到了应用。在两会上，就有记者扛着外骨骼设备进行报道。 由此可见外骨骼应用范围之广，而实际上，外骨骼行业确实也蕴藏着极大的机遇。然而作为一个处在初级发展阶段的行业，想要分得大市场中的蛋糕，还需要一个漫长的过程。 在AI等先进技术崛起的背景下，外骨骼设备市场蕴藏着巨大的机会。根据赛智产业研究院预测，未来5年内，医用机器人的年复合增长率约为37%，其中康复机器人的年复合增长率达21%，外骨骼机器人年复合增长率为47%，远高于其他类别的医用机器人的平均增长速度，预计未来的市场容量可达千亿级别。 而ReportsnReports发布的全球预测显示，到2023年，外骨骼市场价值规模可能将达到28亿美元，远超2017年的2.998亿美元。 巨大的增幅背后，反映了越来越多的行业对外骨骼技术做好了接纳准备。松下新闻发言人MioYamanaka在接受采访时表示，外骨骼的应用领域可能遍及快递、建造业和伐木这些劳动强度较大的行业。 在中国，外骨骼设备的商用尚处于起步阶段。根据相关数据显示，未来中国的外骨骼机器人市场将保持每年50%左右的增速，预计到2021年，市场规模将增长到140亿元。 作为人口大国，外骨骼在中国将会有很大的发展，其主要原因也与中国市场的特点有很大的关系。 首先，中国加速进入老龄化社会，脑中风等疾病发病率增高，目前中国中风病人数量已超出1000万，并以每年10%的速度增加，而在欧美和日本等发达国家情况则更为严重。此外，医疗资源不足也是重要原因。尤其是康复理疗人才紧缺，根据病人数量需要40万左右的理疗师，可从业者只有两万左右，缺口巨大。 虽然前景可观，但市场的蛋糕却不好分。 外骨骼技术处于初级阶段，门槛高，导致研发和制造成本高昂。此外，医疗行业并未将外骨骼设备纳入医保体系，所以普通家庭难以承受。 以日本的Cyberdyne和以色列的Rewalk为例，售价平均在60~100万元，甚至有的产品价格高达250万元人民币，一般只能通过租赁的方式供人使用。 从商用角度来看，美国的EKSO、以色列的Rewalk均已拿到了美国FDA认证并进入上市阶段，而中国尽管也有不少上市公司和创业公司进入该领域，但并未有获得FDA认证的企业，也未有产品进入到商用阶段。 毫无疑问，外骨骼设备将在未来发挥更加广泛的作用，帮助人类提升生活质量。但想要实现美好愿景，首先要跨越眼前的障碍，还要考虑未来在人机一体化趋势中人类所处的位置。如果能够突破目前的一些瓶颈，外骨骼装置将转变为AI机器人，它们会将人类的听觉、触觉、力量、意识等进一步放大，增加人类的各项能力。 前路艰难但值得探索，不过未来或许会出现更深层次的问题，比如涉及人和机器相处的法律、伦理方面的问题，这不仅是外骨骼边界问题，更是对人性深层的反思。 |
|
|
