“戴上它之后,感觉像是有人在拉着我上山!”
“穿上它爬山,比走平道都轻快!”
“你爬山的时候腿不费劲,好像它自动把你的腿抬起来了!”
近日,外骨骼机器人助力登山,成为泰山游客热议的焦点话题,使用者都兴奋地分享自己的体验。
外骨骼机器人“火”出圈
今年春节期间,山东泰山的登山游客们体验了一把“科幻成真”—一款自重仅1.8公斤的外骨骼机器人,帮助他们在陡峭的山路上健步如飞,甚至被网友称为“爬山外挂”。
其实,外骨骼机器人最早来源于军事领域。早在2000年,美国国防部为了增强士兵体能,提高单兵作战能力,提出了“外骨骼机器人”概念。它为穿戴者提供保护,并根据人的肢体活动来感应、驱动机械关节执行动作,帮助使用者跑得更快、跳得更高、负重能力更强。
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图1 泰山景区投入使用的登山助力外骨骼机器人(来源于新华社)
外骨骼机器人助力登山的“试水”,引发了很多人的无限遐想:在大量老人行动不便、且我国人口老龄化进程持续加快的背景下,外骨骼机器人是否能大规模应用到养老服务中,让老年人的生活更加便利?
从其已实现的功能来看,外骨骼机器人的确能让老年人的行动更加轻快、生活更加便利,但在应用层面仍面临着规模化推广与适用性等方面的挑战:一方面,在技术上,产品的感知与交互能力仍需提升;另一方面,成本高昂也是推广难题。机器人产品融合人工智能、机械工程等多种技术,研发投入巨大,导致价格居高不下,维修、保养、软件升级等使用成本也让消费者有所顾虑。其中高端医疗康复型机器人因高精度、安全性和法规要求,价格高达数十万至百万元,普及受限于大型医疗机构;而民用消费级机器人,价格在七千到数万元左右,随着技术进步和规模效应,未来价格有望继续降低。综合来看,外骨骼机器人大规模应用到养老服务中还需假以时日。
应用远不止登山与养老
养老服务所属的民用消费领域被业内人士认为是未来最具市场潜力的应用领域,与军事应用、医疗康复、工业用途共同构筑起了外骨骼机器人主要应用领域,但各应用领域发展现状各异:
军事应用
外骨骼机器人可显著提升士兵的负重能力、行军速度和战斗持久力,增强单兵作战效能。目前美中俄都在开发研制,还没成熟产品公开,属于装备实验与验证阶段。军事方面的需求较大,只是目前外骨骼产品的技术性能与可靠性还达不到要求。在军事领域应用的外骨骼机器人未来大概率会成为与士兵头盔类似的常备装备。
医疗康复
因运动、工伤、意外等不同原因造成的肢体损伤患者,有较大意愿使用外骨骼机器人提供的康复、助残等功能,加速康复进程。美日以中等国都有产品商业应用,但实际市场与医疗应用非常受限。主要原因是使用设备的风险过高。一次病人跌倒或其它意外事故,都可能发生让医护人员有失去稳定职业或医院面临巨额赔偿的风险。其次就是医疗康复用途的外骨骼机器人需要获得医疗器械注册证与医疗器械生产许可证才可批量生产与销售。认证门槛较高,审批过程较长,这极大延长了各类科技公司研发医疗康复型外骨骼机器人产品的周期。
工业用途
无论是帮助工人搬运重物、支撑长时间站立作业、辅助精细操作、缓解疲劳、提供安全防护,还是在救援与应急响应中增强救援人员体能,外骨骼机器人都能发挥重要作用。国外这块市场需求已被验证,用途很广,有成为生产或工作场所的辅助工具或劳保用具的趋势。在我国,由于劳动力市场相对充沛,导致只有少数具有前瞻性的外骨骼机器人公司愿意在工业领域进行深入探索和投入。
民用消费
在民用消费领域,外骨骼机器人主要用于对消费者进行辅助行走与运动助力。这一领域或许拥有最大的市场潜力。针对那些需要长时间行走和站立的人群,行动不便的人群,如老年人等,日本的本田(HONDA)、韩国的三星(SAMSUNG)、中国的肯綮科技以及瑞士等国家的公司纷纷推出了辅助行走的外骨骼机器人产品。此外,运动辅助和摄影辅助等外骨骼机器人也在逐步发展,并逐渐形成了特定的市场需求。
哪些厂商已提前布局
围绕着外骨骼机器人主要应用领域,国内外厂商纷纷布局。各大厂商都寄望于在外骨骼机器人广泛普及之前,建立起坚固的技术壁垒,以此确保在未来的市场竞争中占据一席之地。同时,外骨骼机器人厂商众多,国外知名厂商如Ekso Bionics、Cyberdyne、ReWalk Robotics、COMAU和SuitX等在技术研发和市场布局上已取得显著成就。国内厂商如大艾机器人、傅里叶智能、程天科技、迈步机器人和肯綮科技也在积极跟进,推出适应不同需求的产品。
国外厂商
Ekso Bionics
Ekso Bionics是一家美国企业,创立于2005年,2012年拿到FDA医院使用许可,在军事、民用、救援、医疗进行了多方位的尝试。Ekso Bionics已有两款医疗外机械骨骼Ekso GT和Ekso NR已上市,两款产品均使用了铝合金、钛合金、碳纤维等金属和复合材料,搭载了高精度的感应器、微型驱动马达、拟人关节,配备了速度极快的中央处理器和强大的软件系统,确保了穿戴者的舒适性和操作的便捷性。
Cyberdyne
Cyberdyne成立于2004年6月,由日本筑波大学三阶吉行教授创立,旨在传播其研究成果,尤其是“Cybernics”技术,即人、机器人和信息系统的集成技术。2008年HAL(Hybrid Assistive Leg)系列混合助力腿外骨骼机器人正式发布,2013年成为全球首个获得安全认证的外骨骼机器人产品(ISO/DIS 13482)。
ReWalk Robotics
ReWalk Robotics是一家以色列的创新医疗器械公司,成立于2001年,专注于设计、开发和商业化动力外骨骼设备,旨在为下肢瘫痪或行动不便的人士提供重新站立和行走的能力。其旗舰产品包括ReWalk个人版和康复版,两者均利用先进的倾斜传感器技术和计算机控制系统来模拟自然步态,使用户能够独立行走并改善生活质量。
COMAU
意大利柯马(COMAU)是一家全球领先的工业自动化解决方案提供商,成立于1978年,总部位于意大利都灵。柯马不仅专注于传统工业自动化领域,如车身焊装和动力总成,还积极探索新兴技术的应用,特别是在外骨骼机器人方面取得了显著成就。其推出的MATE系列外骨骼产品,专为减轻工人抬举和重复性任务引起的腰背疲劳而设计,已在多个行业测试并获得EAWS认证,展示了其在改善工作环境、减少肌肉劳损以及提高工作效率方面的巨大潜力。
SuitX
SuitX是一家源自美国加州大学伯克利分校的创新科技公司,由机械工程教授Homayoon Kazerooni创立,专注于开发模块化、轻量化且经济实惠的外骨骼系统,旨在帮助行动不便或有行动障碍的人士以及在工业环境中工作的劳动者。SuitX的产品线包括医疗用途和工业用途的外骨骼,如Phoenix外骨骼机器人,它能够支撑用户体重,减少工作负担,并有助于改善用户的移动能力和生活质量。
国内厂商
大艾机器人
大艾机器人成立于2016年,是一家总部位于北京的外骨骼康复机器人的高科技企业。大艾致力于研发一系列针对截瘫、偏瘫、脑瘫及老年人等群体的康复治疗设备。其产品线包括了专业医疗版和个人家用版的外骨骼机器人,这些设备通过先进的AI技术和精密的机械设计,为患者提供了便捷有效的运动功能恢复手段,极大地改善了他们的生活质量。
傅里叶智能
上海傅利叶智能科技有限公司(Fourier Intelligence)成立于2015年,是一家专注于智能机器人技术的高科技企业。公司于2019年推出的Fourier X2机器人,重量仅为18公斤,设备在保证整体结构刚度的同时,将患者的负重感降至最低。同时,公司自主研发力反馈技术、多关节机器人运动控制卡、多维力传感器等核心技术,以精准力控模拟丰富的力学效果,实现柔顺力学控制。
程天科技
杭州程天科技发展有限公司成立于2017年,是一家以技术创新为核心驱动力的国家高新技术企业,专注于外骨骼机器人技术的研发与应用。公司在康复外骨骼机器人的研发设计中,重点关注失能、弱能的老年患者,结合人体工程学、仿生学等理论,设计“轻便灵活”的关节、可调节的固定绑带和实时监测的传感器,提升人体穿戴时的柔性交互,加速康复进程。
迈步机器人
深圳市迈步机器人科技有限公司成立于2016年,是一家由海归博士团队和资深机器人行业从业者创立的高科技企业,专注于医疗康复机器人的研发与制造。迈步机器人旗下的BEAR-H1外骨骼机器人,可根据人体高矮胖瘦均不一致的特征,以柔性驱动器作为输出,降低设备与人体之间的摩擦,优化力控制时的稳定性和精准度,提升人机交互的舒适程度。
肯綮科技
深圳市肯綮科技有限公司成立于2015年,是一家专注于外骨骼机器人研发、生产和销售的高新技术企业。公司致力于通过创新技术改善人们的生活质量,特别是针对老年人和行动不便者的需求提供了多款助力产品。肯綮科技的产品线包括Ant-H1 Pro行走助力外骨骼机器人等轻量款产品,这些设备融合了先进传感网络及动力控制系统,能够敏锐捕捉人体微动作并提供同步助力,帮助用户在行走、登山或进行日常活动时更加轻松自如。值得一提的是,与泰山景区合作推出登山助力机器人的就是此公司。
当然,外骨骼机器人能做的远不止助力游客登山,通过对其应用领域现状及厂商的梳理,可以看出,外骨骼机器人在应用领域的发展呈现出多元化的趋势,从军事应用到养老服务,从医疗康复到工业辅助,市场需求不断增长。然而,尽管技术前景广阔,外骨骼机器人在规模化推广和适用性方面仍面临挑战,如技术提升、成本降低和法规认证等。随着技术的不断进步和市场的逐步成熟,外骨骼机器人有望在未来为更多领域带来革命性的变革。
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