外骨骼使人类变身“钢铁侠”,市场虽大蛋糕却不好分

摘要: 外骨骼技术处于初级阶段,门槛高,导致研发和制造成本高昂。此外,医疗行业并未将外骨骼设备纳入医保体系,所以普通家庭难以承受。

再过几天就是双十二了,将开启继双十一之后又一波购物狂欢。在双十一之时,最累的不是我们这些剁手族,而是忙碌的快递小哥们。快递小哥们在路上奔波非常辛苦,频频弯腰分拣商品更容易产生疾病。因为人体的运动需要靠肌肉收缩完成,快递员过于频繁地弯腰,腰肌劳损的几率增加,尤其是在双十一这样的物流高峰期。

不过在即将到来的双十二,京东的快递员不必担心这一问题了。双十一刚过去几天,刘强东就在媒体上发布了一则视频,内容为京东物流工作人员穿戴着一款外骨骼机器人工作,刘强东表示“尽力减少兄弟们的腰椎损伤。”

该设备的原理是通过传感器收集快递员弯腰搬货的动作,藉由气压系统启动机器人助力部件提供辅助力量,从而让人感觉货物重量变轻,达到减少腰椎承受压力的目的。

外骨骼一直是个神奇的存在。一开始这个概念只出现于《钢铁侠》、《明日边缘》等美国科幻大片中,但随着技术的发展和市场的需求,外骨骼技术在现实中被研发出来,并有向多行业渗透的趋势。

对于人类而言,外骨骼就像一个助攻,它并不是近期才出现,而是可以追溯到很久以前。随着时代的发展,外骨骼的作用愈加广泛,从军事到医疗再到消费级市场,外骨骼正一步步走向更为广阔的领域,其未来不可限量。不过该领域在技术等方面仍处初级阶段,还需进一步发展。

一、想象变为现实,外骨骼向多行业渗透

在《钢铁侠》中,电影主人公研制了一种动力装甲,穿上之后力大无穷且能够自由飞行。在好莱坞科幻大片《明日边缘》中,汤姆克鲁斯和士兵们穿上外骨骼之后成为了超级战士,战斗力瞬间提升数倍。

实际上,外骨骼并不是科幻电影中凭空想象出的产物,其发展史可上溯到19世纪。英国著名插画师Robert Seymour曾于1830年画出《Walking By Steam》。

该作品描绘了以蒸汽为动力的行走辅助装置,成为了当代动力外骨骼技术的雏形,更启迪了后来者对机器人概念的进一步探索。

1890年,俄罗斯人尼古拉斯·亚根发明了一种以压缩空气包为动力的外骨骼系统,能够辅助人们完成行走跑跳等动作。1917年,美国发明家莱斯利·凯利发明了以蒸汽为动力的外骨骼"Pedomotor"。1970年,通用电气设计了包含30多个关节,能举重1500磅的Hardman系统。

到了20世纪末,电子技术、传感器技术与控制技术都取得了飞跃性的发展,外骨骼的发展也被带动有了大的提升。美国军火巨头雷神公司收购了Sarcos开发的XOS外骨骼系统,该系统由结构、传感器、执行器、控制器和高压液压系统组成,能使穿戴者轻而易举地举起重量上百磅的物体。

近年来,外骨骼的用途愈加广泛,新的设备不断涌现。如中国的认知外骨骼机器人、美国的“勇士织衣”、俄罗斯的“士兵-21”、法国的“大力神”等,这些外骨骼设备融合了电子、生物、传感等新技术,可以说代表了可穿戴智能设备未来的发展方向。

外骨骼来源于生物学,一般将虾、蟹、昆虫等节肢动物体表坚韧的几丁质的骨骼称为外骨骼。经过研究,人类已经制造出不少性能优质的外骨骼,不仅能为人类提供保护,还能根据肢体活动对关节动作进行感应,提供额外动力,使人类的力量更淋漓尽致地得以发挥。

外骨骼的特性使其在军事和医学领域被重视。1997年,日本Cyberdyne公司就将腿部支撑结构应用于日本一些医院中,帮助病人进行恢复训练,并且该公司用了10年时间将其研制的外骨骼机器人“HAL”推向市场,旨在辅助残障者和伤患复健。此外,以色列的Rewalk、美国的Ekso也在这一领域相当出色。

与美国、日本等国相比,我国对于外骨骼技术的研究较晚,发展也相对缓慢,但路径基本一致,也是从军用走向商用。

2013年,军区总医院博士后工作站发布了“单兵负重辅助系统”,用于压缩负重,能与穿戴者动作迅速同步。尽管被认为是目前国内最完善的外骨骼装置,但功能相对单一,负重能力和设计结构皆需提升。

2014年,中科院设计研发了EXOP-1外骨骼系统。与之前的设备相比,减轻了穿戴者的负担,但体积仍相对笨重,短期内难以投入使用。

今年,迈克机器人发布了BEAR-H1外骨骼装置,采用了柔性驱动器作为输出,能帮助坐在轮椅上的残疾人重新站立行走。

除了医疗和军事领域,外骨骼机器人还有其他的作用。例如在建筑行业,可以帮助建筑工人节省体力。在传统的汽车制造业,对重复性的生产工作效率的提高极为有效。如宝马公司和慕尼黑大学合作研发了一款3D打印定制的手套,能帮助大拇指完成重复性的生产动作。

若是外骨骼设备加上柔性驱动器,就能在人机交互的场景中发挥出极大的作用。无需力与力矩传感器也能实现力反馈,从而提升力控制的稳定性和精度,提升安全性并节省能量消耗。

如BEAR-H1外骨骼机器人,其最大的特点在于采用了柔性驱动器作为输出,并且是全球首款。目前市面上现有的包括美国、日本的外骨骼机器人,都是采用的刚性驱动器。

此外,外骨骼设备中的传感器可以检测到人体的运动状态,并根据AI算法预测人体意图,这些信息都能被采集并用于对机器人的控制。

甚至在媒体行业,外骨骼设备也得到了应用。在两会上,就有记者扛着外骨骼设备进行报道。

由此可见外骨骼应用范围之广,而实际上,外骨骼行业确实也蕴藏着极大的机遇。然而作为一个处在初级发展阶段的行业,想要分得大市场中的蛋糕,还需要一个漫长的过程。

二、外骨骼市场或达千亿级,但想分这块蛋糕不容易

在AI等先进技术崛起的背景下,外骨骼设备市场蕴藏着巨大的机会。根据赛智产业研究院预测,未来5年内,医用机器人的年复合增长率约为37%,其中康复机器人的年复合增长率达21%,外骨骼机器人年复合增长率为47%,远高于其他类别的医用机器人的平均增长速度,预计未来的市场容量可达千亿级别。

而ReportsnReports发布的全球预测显示,到2023年,外骨骼市场价值规模可能将达到28亿美元,远超2017年的2.998亿美元。

巨大的增幅背后,反映了越来越多的行业对外骨骼技术做好了接纳准备。松下新闻发言人MioYamanaka在接受采访时表示,外骨骼的应用领域可能遍及快递、建造业和伐木这些劳动强度较大的行业。

在中国,外骨骼设备的商用尚处于起步阶段。根据相关数据显示,未来中国的外骨骼机器人市场将保持每年50%左右的增速,预计到2021年,市场规模将增长到140亿元。

作为人口大国,外骨骼在中国将会有很大的发展,其主要原因也与中国市场的特点有很大的关系。

首先,中国加速进入老龄化社会,脑中风等疾病发病率增高,目前中国中风病人数量已超出1000万,并以每年10%的速度增加,而在欧美和日本等发达国家情况则更为严重。此外,医疗资源不足也是重要原因。尤其是康复理疗人才紧缺,根据病人数量需要40万左右的理疗师,可从业者只有两万左右,缺口巨大。

虽然前景可观,但市场的蛋糕却不好分。

外骨骼技术处于初级阶段,门槛高,导致研发和制造成本高昂。此外,医疗行业并未将外骨骼设备纳入医保体系,所以普通家庭难以承受。

以日本的Cyberdyne和以色列的Rewalk为例,售价平均在60~100万元,甚至有的产品价格高达250万元人民币,一般只能通过租赁的方式供人使用。

从商用角度来看,美国的EKSO、以色列的Rewalk均已拿到了美国FDA认证并进入上市阶段,而中国尽管也有不少上市公司和创业公司进入该领域,但并未有获得FDA认证的企业,也未有产品进入到商用阶段。

毫无疑问,外骨骼设备将在未来发挥更加广泛的作用,帮助人类提升生活质量。但想要实现美好愿景,首先要跨越眼前的障碍,还要考虑未来在人机一体化趋势中人类所处的位置。如果能够突破目前的一些瓶颈,外骨骼装置将转变为AI机器人,它们会将人类的听觉、触觉、力量、意识等进一步放大,增加人类的各项能力。

前路艰难但值得探索,不过未来或许会出现更深层次的问题,比如涉及人和机器相处的法律、伦理方面的问题,这不仅是外骨骼边界问题,更是对人性深层的反思。

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评论(1

  • MOBAR MOBAR 2017-12-09 16:24 via android

    未来的我们-内有纳米机器护理,外有人造骨骼护体,超赞!

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