外骨骼“尖兵”助你弯腰抬腿

发布时间：2023-03-10 11:14:29|来源：|作者：

　　从梦想到现实，外骨骼机器人已走过百年，而今这个行业爆发在即

　　穿上外骨骼，人类的极限有多大?

　　■本报记者沈湫莎

　　你能轻松举起50公斤的重物吗?你能举臂500次而不感到疲劳吗?你能和博尔特比一比脚力吗?随着电影《流浪地球2》的上映，赋予人类超力量的外骨骼机器人再度燃爆，人们对这种可穿戴设备的期待值又一次拉高。

　　事实上，在军事、康复和工业等领域，外骨骼机器人已开始投入应用。距离上海市民最近的一次“科幻走进现实”或许就是三年前，上海街头真的出现了身穿外骨骼的外卖小哥，他们背着重达百斤的外卖箱行走爬楼，身轻如燕。

　　从电影跳进现实的“钢铁侠”炫酷而不遥远。2021年，日本外骨骼制造商innophys出货量突破1.2万台，而在五年前，这一数字仅为几百台。不久前，全球假肢行业领军企业奥托伯格宣布进军外骨骼机器人领域，似乎是这一市场即将爆发的信号。

　　在政策支持、资本助力、大厂入局等多重因素共同推动下，国内外骨骼机器人正步入商用发展的快车道，在这一充满想象力的赛道上，已经聚集了20多家企业。近日，记者探访了几家扎根上海的行业龙头，他们大都已在这一领域默默深耕了近十年，在软硬件方面都有拿得出手的产品。未来，当人人都可拥有一副“外骨骼”时，相信会有不少中国品牌的身影。

　　外骨骼机器人发展至今，从梦想到现实，已经走过了百年，各种迹象表明，这个行业爆发在即。十年前，人们对外骨骼的终极想象就是“钢铁侠”，但随着人工肌肉、脑机接口等技术的涌现，人类对它又有了更为科幻的联想：或许它将如漫威电影里的黑豹装甲一样，让人们无感装备，如臂使指。

　　傲鲨智能

　　历经四次产品迭代，从修修补补到推倒重来

　　走进位于上海财经大学科技园内的傲鲨智能，仰头就是一张《流浪地球2》的巨幅海报，地面一隅放着一个磨损严重、上面写着“UEG”(地球联合政府)的黑箱，里面是一副极具科技感的外骨骼。这便是《流浪地球2》电影拍摄现场的实拍道具，也是这部国产科幻大片最硬核的周边之一。

　　之所以说它硬核，是因为这副“装甲”并不是靠特效装点的“花架子”，而是实实在在可以识别人体运动信号、输出助力的可用产品。2021年7月，《流浪地球2》项目组通过社交媒体找到傲鲨，希望他们在两三个月内做出一副符合电影需求的酷炫外骨骼。由于时间太紧，傲鲨干脆把公司展厅和实验室中未被订走的设备，甚至是原型概念机都尽数运至青岛，共三个品种九台机器人，提供给导演郭凡亲自试用。

　　导演有需求，傲鲨有技术，一场科幻与科技的“双向奔赴”由此展开。最终，导演选中拍摄的是傲鲨智能研发的第三代产品，其负重6.6公斤，最大助力30公斤，最大助行速度达7.5千米/时，综合减负60%以上。电影镜头之外，这些外骨骼还为拍摄现场的设备和物资搬运出了不少力。

　　傲鲨智能创始人徐振华前后经历了三次创业，虽然都在外骨骼机器人领域，但前两次都是医用康复机器人赛道。两者有何不同?徐振华用一句话简单概括：“康复外骨骼是机器带着人走，工业外骨骼是人带着机器走。”

　　因为要做工业外骨骼，徐振华摒弃了在医用外骨骼上近十年的积累，一切从零开始。在傲鲨内部，有一种说法叫作“芯片级研发”：除了芯片可以找供应商外，其他的一切设计，包括电机、编码器、减速箱、反馈单位等，全部自主研发。

　　减速箱是外骨骼机器人动力系统的核心，作用是把电机的高转速、低扭矩变成低转速、高扭矩，具体多少转速合适，需要根据外骨骼的实际情况。另外，其体积、重量、排布等都有讲究，市场上现成的减速箱无法满足这样具体的要求。仅减速箱这一个器件，徐振华就带领团队“磨”了一年多。

　　“硬科技就是一点一点‘磨’出来的，不太有弯道超车的可能。”徐振华说，等完全贴合的组件“磨”出来后，企业就构筑起了属于自己的技术壁垒。事实证明，由傲鲨自主设计的减速箱不仅大大降低了成本，其软件性能也提升了许多。

　　现在，傲鲨智能的外骨骼机器人已经升级到第四代。如果说前三代还是同一个设计思路下的“修修补补”，第四代就是又一次“推倒重来”。比如，前三代产品设计均将动力系统集成在腰背部，第四代则采用离散式设计，像特斯拉汽车将电池分布式贴在汽车表面一样，这套升级版外骨骼通过特殊的皮带和齿轮传导，将动力系统分散在身体各个部位。

　　这样做的好处显而易见，更轻也更贴合人体结构。傲鲨的第四代外骨骼比第三代减重约1公斤，同时还实现了密封性要求，防尘防水，可用于矿场和粉尘车间作业。

　　作为上海为数不多的工业类外骨骼公司，傲鲨智能很明显感受到了市场的“春江水暖”。徐振华判断，目前市场正处于爆发前夜。尽管受到疫情影响，傲鲨智能2022年的销售额仍比2021年翻了倍，出货量是2021年的2.7倍，其产品已经在汽车、航空、电力、消防、银行、港口、矿山等行业与丰富场景中应用。对于未来，他们非常期待。

　　傅利叶智能

　　让残奥会冠军重新站立，占据全球50%康复机器人市场

　　1998年的一场车祸，让上海姑娘姚芳的脊椎受到严重损伤，腰部以下失去知觉，从此只能与轮椅相伴。时隔22年，当这位伦敦残奥会轮椅击剑冠军穿上康复助行外骨骼机器人后，她终于又可以直起腰杆，用自己的双腿迈出平稳的步伐。

　　为姚芳提供外骨骼设备的，正是来自张江的上海傅利叶智能科技有限公司。就在傅利叶创立的2015年前后，国内医用领域的外骨骼机械几乎全部需从以色列、美国、瑞士等发达国家进口，单个设备重达数百公斤，单价近百万元。如今，傅利叶智能的产品已占据全球康复机器人50%以上的市场份额。

　　“轻量化、小型化、柔顺化是每一代傅利叶产品进化的方向。”公司首席执行官顾捷告诉记者，五年前，康复机器人还无法控制力道，如今它们不仅能精准识别患者的肌力，其最新的下肢康复机器人M4，还可以配合人体重心自由浮动，实现更加自然柔顺的节律性步态。而且，整台设备自重不到20公斤，一名康复治疗师就能帮助患者穿戴治疗。

　　两年前，傅利叶智能研发的下肢康复机器人、腕关节和踝关节康复机器人、上下肢主被动训练系统等外骨骼产品，进入全国数百家康复中心。在那里，患者可在护士的陪同下，进行任务导向式的康复训练，康复治疗由此变得更加量化和标准化。

　　在顾捷看来，中国的康复医学才刚刚起步，未来五年会呈现高速发展。去年，傅利叶完成4亿元的D轮融资，创下国内康复机器人领域单轮融资额最高纪录，这从一个侧面反映出资本对于康复机器人的追捧和看好。

　　未来，患者除了去医院或社区康复中心接受治疗，外骨骼康复机器人走进家庭也指日可待。顾捷透露，傅利叶正在研发多款生活辅助类外骨骼，可以为无法吃饭、喝水和行走的人士提供生活自理解决方案。

　　中电科机器人

　　“国家队”敏锐布局，外骨骼“尖兵”助你弯腰抬腿

　　在2021年底举行的第二十六届中国(国际)小电机技术研讨会暨展览会上，中国电科二十一所发布了一款名为“白虹”的外骨骼机器人，重量仅3.6公斤，“国家队”的到来让外骨骼这一赛道愈发火热。

　　“白虹”是一款髋关节绑缚式外骨骼，顾名思义，其动力系统被放置在髋关节两侧。通过高性能控制算法，“白虹”能够实时检测人体运动状态，据此分析得到人体运动意图，自动跟随使用者的腰部、腿部运动，为人体提供有效助力。

　　穿上这副装备后，当你刚要抬腿，这个“小助手”就能马上提供助力帮你抬腿;当你刚要弯腰起身，它也能敏锐觉察到你的动作意图，通过两根固定绑带将物体重力卸载到背部，达到一种手没使力，东西已经被提起来的效果。

　　业内经常用运动耗氧量来测算外骨骼机器人的助力效能。据测算，穿戴“白虹”后的心肺耗氧量比使用前降低36%，在不降低其他优势性能的同时，它还能够实现12千米/时的高速助跑。2022年初，“白虹”入选北京某消防器械代理公司采购名单，实现了产品化，这意味着在消防场景中，“钢铁侠”助阵已不是梦。

　　早在2016年，中国电科二十一所就开始布局外骨骼机器人方向。2019年，中电科机器人有限公司成立，外骨骼机器人与四足机器人、协作机器人一起，被确定为公司的三大主攻方向。如今，在二十一所的机器人实验室，除髋关节外骨骼机器人“白虹”外，还能看到膝关节、下肢负重、上肢助力等多种不同类型的外骨骼机器人，它们的特点和适用场景各有不同。

　　膝关节外骨骼是一款为膝部发力提供助力的外骨骼机器人，它能减轻跑步、跳跃时膝盖所承受的巨大重量和冲击;下肢负重外骨骼是把整个下肢包裹在外骨骼中，它能将重力传导到地面，特别适合需要承载超高负重的场景;上肢助力外骨骼则适用于汽车安装、维修等需要长时间维持举手状态的场景。

　　随着外骨骼机器人的日趋轻量化和小型化，二十一所机器人工程中心副主任范春辉意识到市场“引爆在即”。比如，有多少人会将登山排除在旅游休闲的选项之外?未来，只要租一套外骨骼，人人都能享受登山的乐趣，“银发一族”也不例外。