外骨骼机器人领域风头正劲。未来，我们或许根本不需要穿戴假肢就能够成为一个机械仿生人。一种新型的外骨骼装置可以为每个人都带来不可思议的绿巨人般的力量。不过，听起来美好的背后，还需要面临诸多挑战。

1、最重要的应用

严格意义上，外骨骼并不算一个太新的概念，其早期雏形甚至可以追溯到蒸汽机时代，当时的人们就已经开始想象如何利用蒸汽动力辅助行走。1890年的美国专利中，已经有人提出将机械结构装在人身上以增强人体跑步和跳跃能力 。

外骨骼的真正工程化落地还是在二战之后，或许是从出于军事的需要，比如，当时通用电气就曾做过一个全身的增力外骨骼。尽管各种研究也一直都有，但受制于当时的工业水平，外骨骼也一直处于一个研究中的状态。真正的商业化外骨骼出现在 2000 年左右，不过，在 2016 年之前，全球的专利数不超过 100 项，但在 2016 年之后则开始指数级增加。

外骨骼最为重要的应用，显然就是与脑机接口配合，在医疗康复领域帮助瘫痪或肢体残疾的人们重新站立。2013 年，一项由美国杜克大学的神经科学家米格尔·尼科莱利斯（Miguel Nicolelis）主导的国际联合项目，项目汇聚了来自世界各地的神经科学家、机械工程师、神经康复专家等各类专业人士，米格尔创立该项目的终极目标就是想利用外骨骼和脑机接口的结合改变瘫痪者的生活质量。

具体来看，研究团队先是在患者头部连接有收集大脑电信号的装置，这些信号会通过无线设备传输到患者们随身携带的机器中。

在这里，来自大脑的电信号（外骨骼装置中为运动信号）会被机器转换成运动指令，接收到指令后，外骨骼装置就能稳定住患者的躯体，并根据信号来让机械肢体前进或者后退。从患者大脑发出信号，到控制外骨骼运动，整个过程大约只需要 300 毫秒就能完成。

当然，想要通过意念控制机械设备来让瘫痪患者完成动作，还需要不断进行调整，哪怕是简单地握着水杯喝水，各种输出和输入信号都会在大脑的各个脑区之间传送。

这些信号能够告诉患者从何种角度握住杯子不容易手滑，用多大的力能够握紧杯子，杯子中的水是凉的还是热的。这意味着，患者不能只是单纯地输出信号来控制机械装置，他们的大脑同样需要接收到反馈。

因此，在米格尔的外骨骼装置中，每一只机械下肢的顶端都配置了一块可以感受温度、压力和距离的感受器，研究团队将其称作人造皮肤。通过这块感受器，患者就能够感受到来自脚部的感觉，他们不仅能够利用机械外骨骼做一些想做的动作，还能够知道自己走路的状态。

如今，已经有越来越多的外骨骼设备被用于帮助瘫痪患者和肢体残疾的患者，通过将大脑直接连接到外骨骼，这些病人就可以活动他们瘫痪的四肢。尽管外骨骼技术目前仍然处于极早期的发展阶段，但外骨骼的价格、重量、电池寿命以及外形等正在得到改进。

总有一天，人们很可能会把这些外骨骼穿在他们的衣服下，并且在没有人能够察觉的情况下四处走动。四肢瘫痪的人们也可以过上接近正常人的生活。四肢瘫痪的人们可能会穿上一条超级轻便柔软的外骨骼裤子，然后就像什么也没有发生一样继续一天的正常生活。

2、外骨骼能做什么？

当然，在医疗康复的行业之外，外骨骼的应用或许比我们想得更加广泛，从战场到工厂，穿戴式人造骨骼及肌肉都正为人们带来帮助与保护。

比如，在战场，即便全副武装，在士兵身上依然有许多地方尚未被防弹衣和头盔覆盖。事实上，这样的面积约为81%。添加更多的护甲将会过于沉重而不可行。解决的方法之一就是打造配有人造肌肉的另一套外部骨架，能让佩戴者毫不费力地背负起重得多的装备。

对于此，最先进的一款产品是由佛蒙特州的Revision Military公司制造的“动力作业套装”（Kinetic Operations Suit ，KOS）。该产品令士兵得到三倍的盔甲保护而不会对其行动增添多少负担。

其中，人造关节脊柱把装备头盔（完全覆盖穿戴者的头部）的大部分重量转移到肩膀的护甲上。同样，保护躯干的护甲也通过人造脊柱的另一部分把重量转移到臀部和腿部。尽管这些减轻了对颈部和下背部的压力，但士兵的腿部仍须承受额外的重量。

为了解决这一问题，KOS将钛铝合金传动装置绑到士兵的下肢上，配合盔甲使用。电动马达接收到加速度计等内置传感器的指示后，带动这些传动装置与士兵的双腿同步移动。

据如今在Revision Military公司工作的美军前特种部队士兵布莱恩·道林（Brian Dowling）表示，该系统够轻便也够结实，可帮助穿戴者在全副武装之下奔跑于崎岖地形之上。包括美国在内的多国军方正在评估这样的宣传。

比KOS更具野心的另一款军用外骨骼则由特种部队自行开发。该项目的承包商包括美国许多知名的防务公司，如通用动力（General Dynamics）、洛克希德马丁（Lockheed Martin）和雷神（Raytheon）。

这些公司将这一产品命名为“战术突击轻型作业套装”（Tactical Assault Light Operator Suit，TALOS）。TALOS的重量将是穿戴它的士兵体重的两倍。部件虽重，却可令整套装备防御子弹和弹片。它还为穿戴者提供降温系统、一组监控其生理指标的传感器，以及超人般的力量。

当然，外骨骼并不只是只有医疗和战场的应用。在工业领域，外骨骼也大有所用。美国机械仿生体公司（US Bionics）已经开发出了一系列工业用外骨骼，以保证工人在处理大体积的重型负荷时不会扭伤背部、手臂以及腿部。其目的正式是减少与工作有关的伤害并提高工人的工作效率。

此外，还有由洛克希德马丁公司和英国防务巨头BAE系统公司（BAE Systems）开发的无动力外骨骼已投入使用——用于工业生产而非军事用途。

这款重17.5公斤的无动力外骨骼，名为FORTIS。美国海军及十多家制造企业正在试用该系统。 FORTIS的铰接式铝制框架撑起一个万向臂。工人身前的万向臂一端与其使用的工具相连接。工人身后的另一端附有相应的配重。

无论工人是以站姿还是跪姿操作，工具及配重的总重量会通过外骨骼而非其自身骨骼被转移到地面上。

另外，在德国弗劳恩霍夫研究所（Fraunhofer Institute）斯图加特校区负责Robo-Mate研发项目的卡门·康斯坦丁内斯库观察到，这些产品还将重新定义胜任工人的资格。外骨骼消除了男性的体力优势，使得女性有机会从事如今觉得费力的工作。它们也会帮到那些原本不得不放弃工作的年长男性。

3、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

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。

文章来源： 根新未来，机器人大讲堂