外骨骼机器人未来走向哪？
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2022-03-02 21:47
大数据文摘转载自机器人大讲堂
外骨骼机器人领域风头正劲，机器人大讲堂曾报道的几家赛道头部企业，都在2021年快速发展。
其中傅利叶智能、程天科技、迈步机器人更在2022年初又宣布获得融资。
程天科技完成的是达晨财智领投的A+轮融资，傅里叶智能则是由软银愿景基金2期领投完成的4亿元D轮融资，而迈步机器人则是由威高集团领投的数千万元独家战略投资。
目前傅里叶智能也是该领域率先完成D轮融资的企业，创下该领域单轮融资额最高的纪录。
同时，2022年，许多企业也在跨界进入外骨骼机器人领域。
例如上市企业伟思医疗宣布，在2021年取得了外骨骼机器人3款产品的医疗器械注册证。
2022年伟思医疗外骨骼机器人产品将形成新一代康复科标准化的临床和产品方案，适用于中枢神经系统损伤导致的下肢运动功能障碍患者。
目前其内部还已成立运动康复事业部，正积极开展上市销售。
而科大讯飞则在其2022年年会上公布“讯飞超脑2030计划”，其中详细描述了其具有康复训练功能的外骨骼机器人“已经研发出原型机”这一进展。
科大讯飞表示，未来约在2023-2025年，将实现自适应运动功能研发的自适应行走外骨骼机器人，帮助行动不便的老年人或残疾人自主独立行走。
无论是创企的大额融资，还是巨头的跨界研发，都展现出对于这一赛道的看好，背后的原因到底在哪？外骨骼机器人的赛道核心究竟是什么？
依然存在的难题
外骨骼机器人在原理上并不复杂，像人体一样，外骨骼机器人主要由机械骨架、控制中枢、驱动系统三大核心部件构成。
在创企的PPT中都描绘着外骨骼机器人的美好前景，许多科幻影视作品则变相提供着画面。
无论是在《钢铁侠》《明日边缘》等科幻影视作品当中，外骨骼机械甲的人类获得巨大力量和战斗力，还是《流浪地球》中救援队员轻松提起数百公斤重“火石”，这些场面给了许多人信心。
普通人秒变“超人”的能力一度让资本和媒体非常热衷于此。
当下对外骨骼机器人的热捧与20世纪非常相似，构想非常美好，但外骨骼机器人改变不了运动核心依然是人这一现实。
这一用户属性导致，谁来买单的问题曾一度使外骨骼机器人发展停滞不前。
如今，全球有4家通过外骨骼机器人上市的公司。
有国外上市企业对标，加上国内庞大用户基数，这给了很多资本一定信心。
得益于近些年计算机技术、传感技术、材料技术和控制技术等技术的进步，21世纪的外骨骼机器人已经具有传感、控制、信息、融合、移动计算等众多功能。
可以说这逐渐摆脱了19 世纪概念初期，“可穿戴设备”或者“外置动力机械装置”的单一定义。
也正是这种多技术融合带来的更多可能性，为投资创业带去了新契机。
相对的，外骨骼应用领域也从主要为军用领域提供辅助行走和提高承载能力，开始朝着商业化、规模化道路发展，并延伸出多个应用分支。
但国内外骨骼机器人依然同样面临着爆发的瓶颈问题。
因为就外骨骼技术体系而言，与20世纪相比如今没有太多根本性革新。
一直以来，外骨骼机器人的核心在于以更精简的结构实现更强大的动能，可以说是一个人类能力放大器。
但21世纪以来飞速发展的计算机技术、传感技术、材料技术并没有对外骨骼产品带来变革性影响。
即便加入了能捕捉外界信息的多类型传感器，提高了功能性，但其根本性的机械、控制、驱动三大问题没有因此得到解决。
例如在机械系统上，外骨骼的结构样式没有太多设计革新。目前动力输出持续度依然和产品体积以及穿戴面积正相关，不够小型化、轻量化导致穿戴久了仍然会出现肌肉不适等问题。
又例如在控制和驱动系统上，各家企业还是需要将电机、控制电脑等多个系统实现分布式集成。如果加上电池组和传感设备，外骨骼长期系统稳定性以及灵活性很难保证。
目前整个机器人行业都试图通过机械原理还原甚至超越人类，但例如实现高的自重比这一条都还远远没能实现。
类似机械、控制、驱动问题无法很好解决，应用领域因此很难实现大范围突破，公摊成本高也进一步导致价格居高不下。
这也阻碍了外骨骼机器人在消费级民用化市场爆发。
医疗的新机遇
综合国外几家上市企业的经营方向来看，医疗场景或许是当前一个外骨骼机器人最为合理的切入口。
有固定且较结构化的环境，对成本敏感度不高，在医院和疗养院等场景下，外骨骼机器人的商业价值无疑更容易体现。
例如2018年国外上市公司Ekso Bionics，其主要产品EksoGT就是在医疗领域大获成功的典型。
在公司销售的几款外骨骼产品意外在医疗领域大获成功后，其产品定位和设计就瞄准了如何帮助中风患者康复。
在这种应用领域基础上，为了满足这些大B客户的需求，2019年Ekso Bionics尝试为外骨骼系统进一步加入传感器系统，用于收集数据以优化步态。
销售额的稳步提升让Ekso Bionics在医疗路上一发不可收拾，其后续又开发了医疗新产品EksoNR，并定制化加入整套数据分析工具。这些数据工具用于实时监视患者状态，并进行相应医疗方案修正。
但就像外媒对此的调侃：与其说EksoNR是外骨骼机器人，不如说是中风复健步态(gait)训练机械外骨骼(robotic exoskeleton)装置。
后续Ekso Bionics的核心也由外骨骼机器人完全转向了医疗解决方案，但不可否认，在专注医疗并针对医院和康复中心研发后，Ekso Bionics活得非常滋润。
而国内的傅利叶智能同样走了医疗解决方案这条路线。
傅利叶智能在外骨骼机器人的基础上，通过面向康复机构等B端客户提供智能康复综合方案，构建起了智能康复诊疗闭环体系。
但傅利叶智能的外骨骼机器人基于力反馈技术平台研发，是以精准力控模拟力学效果从而实现柔顺力学控制。
就技术路线而言，其可以归为硬件的迭代，持续优化控制系统，可以说主要解决了一部分外骨骼机器人在控制系统上的问题。
此外，作为中国代表性企业，傅利叶智能还自主研发了多关节机器人运动控制卡、多维力传感器等核心技术和零部件。
此举进一步降低生产成本的同时，还能将标准化程度更高的产品打入更多医疗场所，可谓布局深远。
当然，在21世纪，传感器等新技术对外骨骼技术的提升也并非完全无用。
因为材料、生物学科发展缓慢，日本Cyberdyne公司就开创出了机械结构性能不够，多传感器来凑的先河。
2018年，Cyberdyne就开始在外骨骼系统中大范围加入传感器，相对应其提出最为知名的技术是意图感知。
意图感知的实现方式也有多种，目前学术界仍然存在不同路线的尝试。
Cyberdyne主要是通过传感器检测从患者的大脑发送到患者肌肉的生物电信号，从而与患者的运动（或意图运动）配对，以增加强度和稳定性。
而Cyberdyne公司的花费二十多年所研发的外骨骼动力服HAL，也是针对的医疗复健领域，用于帮助下肢残疾的患者更好行走。
国内企业例如程天科技，也同样采取的这种加入传感器的方式提升自主意图感知力。
但从第二代悠行外骨骼机器人的资料来看，其采取的是步态判断+模块化方式，与神经电生理技术的实现方式有所差异。
软件和数据化的未来
目前，除了在整体机械结构、驱动模式、控制技术、算法、材料等技术模块持续优化外，软件也成为外骨骼机器人企业竞争的核心。
可以说，对机械产品而言，软件也是核心技术，而且是比硬件更重要的核心技术。
因为作为以人为核心，从用户视角出发的产品，未来必然需要不断优化体验感。
除了等待在自动化、机械工程、脑神经、材料等科研领域出现一些能优化外骨骼机器人硬件的先进成果外，强化软件和服务可以说是一条捷径。
例如Bionik公司就在2017年开发出世界上第一款将硬件与亚马逊Echo平台结合的智能外骨骼ARKE。
用户可以对亚马逊的家庭自动化虚拟助理 Alexa 发出简单的语音指令，从而控制ARKE设备，帮助用户实现起身等动作。
Bionik 公司的外骨骼产品也主要应用于医疗和康复领域。其主要向患有神经障碍的患者提供智能行动设备，让截肢、瘫痪等患者恢复站立及行走的能力。
而Ekso Bionics公司则在2019年也推出EksoView软件。
这个软件不仅可以3D视觉展现呈现平衡、步态训练等动作，还可以借助云端分析工具，处理收集步态对称性与姿势回馈信息资料，不断优化其补偿性步态模式。
国内例如程天科技也在不断推广基于AI技术的消费级互联网外骨骼技术服务平台，并推出康复即服务（RaaS）”模式。
这个模式结合程天科技数字康复云平台，能为用户提供全周期、全场景、全数字化的康复体验。
用户反馈数据往往是软件开发的重要基础之一。
为了获取更多数据，外骨骼机器人公司很多也横向扩展到各类医疗设备。
例如Hocoma AG就从原先的Lokomat这一全自动机器人步态评估训练系统，深入到了Erigo 卧式踏步训练系统、Armeo上肢康复机器人等多个医疗康复器械产品种类。
此外，Hocoma AG公司更是还尝试了一种模块化的方式，用于配套外骨骼设备，在运动的过程中记录脊柱活动度。
这种功能模块化的方式，也打开了灵活性、易用性和多功能性的新大门。这种更大范围的产品覆盖面，更是为不断改善优化软件提供了良好的基础。
无独有偶，例如松下集团也将原先外骨骼产品功能适当增减并根据用户群体不同重新集中。
2019年，松下集团将产品拓展成为三大方向，分别是可减轻腰部负担、可支持长时间步行以及增加了腕力功能的机器人。
松下集团目前也在通过赞助等方式不断推广，希望实现更广泛的民用化拓展，以此获取更多软件改善的可能性。
结语与未来
回过头来，许多企业都会发现外骨骼机器人并不像机器人具备独立性，其围绕的工作核心还是人类。
因此更安全、更友好是外骨骼机器人的首要目标。
其次，针对不同场景和客群，选择更强大、更智能、更轻便、更便宜等不同方向拓展，也成为当下外骨骼机器人的几个重要路线。
在自动化程度更高的机器人还没能成为各环境下标配的过程中，处于过渡阶段的当下，外骨骼机器人依然有着很强的场景拓展性。
但无论如何，外骨骼机器人的更远未来，一定是服务人类。
那么相较无人工厂、服务机器人概念，也只有围绕更好服务于人这个核心，外骨骼机器人企业才有未来。
