史上最轻的外骨骼装备亮相，人人化身“大力士”

【蜂耘网  机器人】德国仿生学公司 German Bionics 在 CES 2023 前公布了旗下新款外骨骼装备 Apogee，同时亮相的还有能监测用户并提醒其遵循人体工学的 Smart SafetyVest 智能安全背心。

 

 

German Bionics 称，Apogee 是该公司为商业和工业用途打造的最新、最轻的动力套装，而 Smart SafetyVest 将“为每位工人提供符合人体工程学的监控和保护”。

 

Apogee 吸取了开发 Cray X 的经验教训，成为 German Bionic 迄今为止最轻的外骨骼装备，每次抬起动作可以抵消用户下背部最高约 30kg 的负荷，并提供主动行走辅助以减少疲劳。

 

▲ Cray X 外骨骼

 

▲ Apogee 外骨骼，可以看到设计有明显改变

 

Apogee 和 SafetyVest 都依靠 German Bionic 的仿生 IO 架构来收集、监控、分析和报告用户的人体工程学数据，在用户主动做出不安全动作的时候，会通过机载显示和声音发出警报。

 

提起外骨骼，一般反应是“你说啥？”，如果是个影视迷，多半会问“钢铁侠？机械姬？”，倘若聊到“算法？结构？传感器？”那多半算是个内行了。

 

“机械外骨骼”，通常又称为“动力外骨骼”（Powered exoskeleton），其实质上是一种可穿戴机器人。它将人的智能与外部机械动力装置的机械能量结合在一起，可以给人提供额外的动力或能力，增强人体机能。

 

外骨骼在今天，能做些什么呢？

 

科技的发展与人类的想象力相比，进度条确实走得慢许多。所有的科研人员，在历史的进程中，都站在同一战线上。

 

如今的机械外骨骼，虽然还未能达到影视中所向披靡的程度。但是可应用的场景也非常丰富。

 

▲SuitX外骨骼机器人Phoenix

 

目前在应用上，外骨骼研究发展在军事领域主要集中在增强负重能力上，在民用领域则为康复医疗，在工业领域则为减轻重复劳动强度。另外，在上肢外骨骼领域的应用主要为人机交互，这个方向与仿生灵巧手、遥操等领域结合密切，且目前涌现出了穿戴式操纵设备如外骨骼VR交互等方向。

 

但是如上所说，负重能力是关键，有了负重有了一切，没有负重没有未来。

 

不论是行军跋涉，还是后勤物资搬运、物流配送、救灾抢险，外骨骼作为单人负重增强设备都能很好适应使用场景，因为在这些使用场景，人是需要参与其中的，而单独使用其他负载设备如自动车或者机器人，都因为缺乏足够的智能来进行危机环境下的决策。

 

或许随着其他智能机器人的发展，物资运送方面外骨骼可能被替代，但是增强人的能力这一核心任务是无法被取代的。区分外骨骼机器人与其他装备的本质不同是很关键的。

 

▲Ekso Bionics外骨骼机器人EksoNR

 

医疗康复方面确实是民用方面一大发展方向，随着老龄化人口增多，以及广大伤残人士的需求，这一块市场是很大的。不管是下肢还是上肢，核心目标是修复人体运动功能，这个思路发展下去，就是人造义肢。听起来有那么点赛博朋克的味道。

 

然而目前医学发展远没有那么进步。医疗康复主要只是针对神经损伤后运动机能丧失的人群，如脑卒中患者、截瘫患者。比起只是想要义肢进行机械飞升的断肢残疾人，这些患者们需要恢复运动机能的愿望更加强烈。

 

所以，在医疗康复方面，外骨骼的核心目标在于实施康复训练、重现运动功能。这不是以增强为目标。但是康复训练可以由其他专用设备完成，如康复床；重现运动功能也有轮椅替代。因此而外骨骼在这方面不可替代的核心则是其“便携”“灵活”的特点。比起躺在固定的床上，可以不受时间和空间约束地进行康复运动带来的用户体验要好得多。

 

但是事实上，目前市面上的外骨骼机器人的康复训练效果还没达到一种完美的境地，且设备价格昂贵，产出投入比太小，在商业上需要等下一波技术风口的到来。

 

而人造义肢主要针对人群是断肢残疾人或是想要机械飞升的狂热分子，它的发展路线和外骨骼有交叉但又不同得多，在此不再赘述。

 

▲德国制造商Ottobock推出全新改进的Shoulder上肢辅助外骨骼

 

在负重能力上面，又衍生出其他发展方向，如干脆只针对于走路，以降低人走路的能量消耗为目标发展的被动式外骨骼。这个方向不研究怎么多负重，而是研究如何减轻总的能量消耗，为助力为核心目标。这个方向围绕助力，则外骨骼不拘泥与人体绑定，甚至只连接人体末端，像与人握手传递支持力一样去工作。

 

也有发展适合日常穿戴的柔性外骨骼，像皮革衣物一样穿在身上，大多通过线绳进行牵引。既然是柔性的，那就没有刚性支撑将负载传递到地面上，外骨骼本身就成为了人的负重，其核心目标自然也为助力而不是负重。如何平衡外骨骼重量与助力效率，提升穿戴舒适性则是这一方向的研究目标。

 

助力为目标设计的外骨骼就像为负重与医疗中间过渡带服务的，既不针对极端环境下的人体平台化，也不针对运动机能丧失的患者，它针对的是普通人，或是对长途野外跋涉的人。助力确实也是增强人体运动机能的一个体现，所以一个装备是否是外骨骼，并不在于它是否有刚性的骨骼，而在于它是否增强或补充了人体的能力。

 

以下是国外目前比较有名的外骨骼。

 

▲美国伯克利大学的BLEEX

 

▲洛克希德马丁HULC

 

▲日本筑波大学HAL-5

 

▲以色列ReWalk

 

▲美国雷神XOS

 

▲美国哈佛大学柔性外骨骼Soft Exosuit

 

国内的外骨骼研究也是如火如荼。国内从21世纪初就开始了对外骨骼的研究。最早的研究机构为中国科学技术大学、海军航空工程学院、北京理工大学、北京航空航天大学等。后来逐渐演变成全国各个理工类大学都在做。陆军装备部从2015开始举办“超能勇士-单兵外骨骼系统挑战赛”直到现在，汇集了全国大多数外骨骼行业从事者参赛。医疗康复领域的外骨骼民用企业也很多，傅利叶智能、大艾机器人、尖叫科技、布法罗机器人等。工业上，国内也有几个公司在做物流方面的外骨骼，如铁甲钢拳，赤源动力等。

 

外骨骼技术发展到现在，进入了一个新的台阶，等待着新的技术爆炸。

 

（蜂耘机器人网  责任编辑：墨染）