來源：紅杉匯（ID：Hong_Shan_Hui）

撰文：洪杉

在泰山十八盤的陡峭石階上，一位白發(fā)登山者輕松越過年輕游客的隊伍。他腰腿都包裹著流線型金屬支架，步伐穩(wěn)定而輕快——這不是科幻電影里的場景，而是泰山景區(qū)內(nèi)常見的真實畫面。80元租用3小時的外骨骼機器人，正讓曾經(jīng)遙不可及的“機械戰(zhàn)甲”走進普通人的生活。

所謂外骨骼機器人，是一種通過機械結(jié)構(gòu)與人體關節(jié)緊密耦合，增強或替代人體上肢、下肢運動能力的智能輔助設備，宛如為人體安裝了“物理外掛”，賦予人們應對各類體力挑戰(zhàn)的非凡能力。

就如電影《鋼鐵俠》中，托尼·斯塔克的能量戰(zhàn)甲讓他成為名副其實的鋼鐵俠，《流浪地球》中的動力裝甲為人類在極端環(huán)境下的生存和工作提供了強大的支持，在現(xiàn)實中，除了戶外運動，外骨骼機器人還被應用至工業(yè)、醫(yī)療、應急救援等多元領域，成為人們的“隱形助手”，逐步改變著我們的生活。

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“鋼鐵俠”的百年歷程

外骨骼機器人的起源可以追溯到十八世紀。受限于技術和原材料，該時期的外骨骼裝置僅僅是個結(jié)構(gòu)簡單的雛形，采用了較為笨重的金屬框架和簡單的機械傳動裝置，能提供一定的力量輔助。

十九世紀末，俄羅斯工程師尼古拉斯·亞根開發(fā)出一種由蒸汽驅(qū)動的步動輔助裝置，奠定了現(xiàn)代動力外骨骼的研發(fā)基礎。不過，在實際使用時，穿戴者必須背負一臺小型蒸汽機，這給使用者增加了較大身體負重。

真正的技術突破在1967年才到來，美國通用電氣公司研制的“Hardiman”外骨骼機器人原型機橫空出世。這款原型機采用半仿生構(gòu)型設計，通過液壓驅(qū)動，并且存在力量反饋系統(tǒng)，包含30多個動力關節(jié)，能輔助普通人輕松舉起一百多公斤的物體。然而，“Hardiman”680公斤的自重、遲緩的動作節(jié)奏和驚人的能耗，嚴重限制了該機器人項目的落地。不過，它的誕生依然為外骨骼機器人的未來探索指引了方向。

進入21世紀后，隨著材料科學、電子技術、人工智能等多個領域的飛速發(fā)展，外骨骼機器人踏上了蛻變?yōu)槿祟悺暗诙悠つw”的嶄新階段。

在材料方面，新型輕質(zhì)高強度材料的不斷涌現(xiàn)，如碳纖維復合材料、鈦合金等。這些材料不僅具有很高的強度和剛度，能夠承受較大的外力和扭矩，而且密度較低，大大減輕了使用者的負擔。比如極殼科技的Hypershell X外骨骼采用碳纖維復合材料，僅重1.8公斤，卻能通過AI算法精準識別步態(tài)，為穿戴者節(jié)省30%體能。

圖源：極殼科技

同時，柔性材料和智能材料的研究也在不斷推進，如形狀記憶合金、壓電材料等，有望使外骨骼機器人能夠更好地適應人體運動，提供更加自然、舒適的助力體驗。比如，漢威科技研發(fā)的柔性壓力傳感器每平方厘米可集成100個傳感點，可直接映射肌肉應變，反復彎曲100萬次以上，響應速度在1毫秒以內(nèi)；哈佛實驗室研發(fā)的織物外骨骼機器人采用輕質(zhì)、耐用的功能性紡織品制成，如同一件能提供動力的“衣服”，通過輕量化的線纜結(jié)構(gòu)牽引，為行走注入了更自然的步態(tài)輔助。

在電子技術方面，現(xiàn)代外骨骼機器人的運作機理關鍵在于精準感知、智能決策與高效執(zhí)行。微處理器運算速度的加快，能夠在極短的時間內(nèi)處理大量的傳感器數(shù)據(jù)，使外骨骼機器人的智能化和精準控制成為了可能。日本Cyberdyne公司開發(fā)的HAL（Hybrid Assistive Limb），通過檢測使用者肌肉發(fā)出的微弱電信號，預測其運動意圖，從而提供相應的助力。

圖源：Cyberdyne官網(wǎng)

人工智能技術的應用更是讓外骨骼機器人具備了“學習”和“適應”能力。通過機器學習算法，外骨骼機器人可以根據(jù)使用者不同的身體特征、運動習慣和需求，自動調(diào)整控制策略和模式。比如視鵬科技的登山外骨骼內(nèi)置AI芯片，可學習用戶行走習慣，動態(tài)調(diào)整助力策略。

隨著深度學習技術的發(fā)展，外骨骼機器人還能夠?qū)碗s的環(huán)境信息進行分析和處理，提高其在不同場景下的適應性和安全性。當外骨骼機器人在戶外崎嶇不平的地形上輔助使用者行走時，它可以通過視覺傳感器識別地形特征，自動調(diào)整腳步的高度和姿態(tài)，避免使用者摔倒。

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跨場景應用，科技的意義具象化了

從應用領域來看，如今市面上的外骨骼機器人主要分為兩類：一種是針對特定關節(jié)性助力的人體增強類外骨骼，這種外骨骼主要是用來增加人的力量，拓展能力上限；另一種則是康復類外骨骼，主要用于醫(yī)療康復領域，比如輔助癱瘓病人行走。

增強類外骨骼機器人通過靈敏的傳感器和高效的動力單元，“無縫銜接”使用者的動作意圖，為關鍵部位提供精準的力量補充。

這類外骨骼機器人常見于需要高強度體力的工業(yè)場景，如汽車制造工廠、航空航天試驗場以及物流倉庫等地方。福特工廠的實測數(shù)據(jù)顯示，外骨骼機器人使裝配線效率提升23%，工人肌肉勞損率下降41%；京東、順豐等物流倉庫部署外骨骼搬運凍品和箱體，連續(xù)作業(yè)時間延長了50%。

在應急救援場景中，外骨骼機器人更是發(fā)揮了巨大作用。比如消防員穿戴外骨骼機器人可實現(xiàn)攜帶重型裝備攀爬高樓，地震或搶洪救災時輔助救援人員能輕松搬運物資與傷員。

在醫(yī)療領域，康復類外骨骼機器人為眾多患者帶來了重新行走、正常生活的希望。

以ReWalk外骨骼機器人為例，它是一款在全球范圍內(nèi)廣泛應用于脊髓損傷患者康復治療的先進設備。許多因意外事故導致脊髓受損而癱瘓的患者，在借助ReWalk外骨骼機器人進行康復訓練后，取得了令人矚目的康復效果。

博靈腦機研發(fā)的 “腦機接口上肢康復外骨骼”，能捕捉偏癱患者微弱的肌肉電信號，協(xié)助他們完成過去因力量不足無法做到的動作。每臺設備都能記錄并存儲患者的使用數(shù)據(jù)，隨著使用次數(shù)的增加和數(shù)據(jù)的積累，系統(tǒng)會不斷優(yōu)化校準，使設備更加貼合使用者的需求，帶來更好的康復效果。

腦機接口上肢康復外骨骼 圖源：博靈腦機

在2024年巴黎夏季奧運會和殘奧會的火炬?zhèn)鬟f中，也出現(xiàn)了外骨骼機器人的身影。法國殘奧會選手凱文·皮耶特穿著外骨骼，手持火炬?zhèn)鬟f奧運會圣火。

隨著我國老齡化進程的加速，養(yǎng)老護理也是外骨骼機器人的重點落地場景，傲鯊智能在此領域積極探索，已取得諸多成果。在上海的一些社區(qū)看護中心，傲鯊智能的產(chǎn)品已投入試用，腰部外骨骼機器人可以輔助護工將老人抬上病床，下肢外骨骼機器人能幫助失能老人恢復或提升行走能力。

下一步，傲鯊智能還計劃為家用外骨骼機器人增加諸如定位、小區(qū)信息廣播、AI形態(tài)識別+告警等裝置，一旦穿戴外骨骼機器人的老人走失或者摔倒后久久不起身，就會立刻通知家屬或者養(yǎng)老機構(gòu)，老人也可以按下特定按鈕，一鍵告警。

而且，一系列政策措施的出臺，也加速了外骨骼機器人的推廣與應用：專項補貼助力外骨骼機器人2025年普及率達25%；多個省市將外骨骼治療納入醫(yī)保，外骨骼租賃服務納入長護險覆蓋等。預計2025年中國外骨骼機器人市場規(guī)模將突破50億元，2030年或達千億級。

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“第二皮膚”將向何處演進？

盡管前景廣闊，但外骨骼機器人想要批量投入市場，還面臨著諸多關鍵挑戰(zhàn)。

成本居高不下是最大障礙。作為智能穿戴技術的“天花板”，外骨骼機器人集成了多種微型傳感器、驅(qū)動器、電腦及其外圍電路和復雜的控制算法。這種高度集成與復雜性也伴隨著高昂的元器件成本。

此外，為了追求輕量化、提高穿戴舒適性，外骨骼機器人往往選用昂貴的鈦合金、硬鋁合金等高強度輕質(zhì)材料，這些材料的運用也讓外骨骼機器人的身價水漲船高。

其次是結(jié)構(gòu)笨重，舒適欠佳。外骨骼機器人的骨架通常由金屬連桿構(gòu)成，采用剛性結(jié)構(gòu)設計，這導致其體積較大且有較大重量。而且，金屬連桿的剛性軌跡與肌肉柔韌運動相互干涉，迫使穿戴者改變自然步態(tài)。

續(xù)航能力同樣制約應用場景。受限于當前電池技術的能量密度以及自身的重量負擔，大多數(shù)外骨骼機器人系統(tǒng)陷入了“充電兩小時，工作一刻鐘”的尷尬境地。以美國伯克利大學研發(fā)的BLEEX外骨骼機器人為例，在背負30余公斤物品行走的情況下，其能量儲備僅能維持自身120分鐘的持續(xù)運作。這種“充電焦慮”導致設備難以滿足礦山、消防等長時作業(yè)需求，也推高了消費級產(chǎn)品的市場門檻。

因此，外骨骼機器人的未來演進方向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

• 智能化升級：

  控制系統(tǒng)將采用更先進的算法，能夠更精準地識別人體運動意圖，實現(xiàn)與人體的自然協(xié)同。例如，通過深度學習算法，外骨骼機器人可以根據(jù)用戶的運動習慣和身體狀況，自動調(diào)整助力模式和參數(shù)，提供更個性化的服務。

• 輕量化與小型化：

  碳纖維、鋁合金等高強度、低密度材料的應用，將使外骨骼機器人的重量進一步減輕，同時保持其結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性。這將提高用戶的舒適度和便利性，使其更易于穿戴和使用，也利于大眾消費市場的發(fā)展，目前已有企業(yè)計劃投放千元消費級外骨骼機器人。

• 能源系統(tǒng)優(yōu)化：

  未來，將研發(fā)出更高能量密度的電池，如固態(tài)電池、鋰硫電池等，以延長續(xù)航時間。同時，混合供能技術也將得到進一步發(fā)展，如超級電容輔助的瞬時大功率輸出方案，可降低突發(fā)負載能耗，提高能源利用效率。

• 完善產(chǎn)業(yè)鏈：

  從零部件供應商到整機制造商，再到售后服務提供商，各個環(huán)節(jié)緊密合作，有利于形成完整的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，也能降低生產(chǎn)成本，推動外骨骼機器人的大規(guī)模商業(yè)化應用。

• 標準化與規(guī)范化：

  包括產(chǎn)品的技術標準、安全標準、質(zhì)量標準以及售后服務標準等，可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，保護消費者的權(quán)益，同時也將為企業(yè)的研發(fā)和生產(chǎn)提供指導。

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