从科幻走进现实的外骨骼机器人

每年，全球约有25万人因脊髓损伤而导致永久性截瘫，从而失去自主行动能力。与之相关的还有继发性健康问题，如肠道和膀胱管理失能、神经性疼痛、骨密度下降和血流量减少等。截瘫患者主要依靠轮椅来移动，但这很难缓解患者自主行动的困境，长时间坐轮椅也会加剧上述继发性症状的发生。

一、外骨骼机器人应用广泛

轻便的下肢可穿戴外骨骼能让瘫痪患者重新站立和行走。外骨骼，一般指生物体外部坚韧的骨骼结构，有保护和支持内部结构等作用。而外骨骼机器人，是利用仿生学、人体工程学等技术研发设计的一种智能机械结构，可以与人体感觉、思维和运动等器官相结合，通过结合机器的感知系统、智能处理中心和控制系统，达到改善人体物理机能和提高身体素质的目的，也称“可穿戴的机器人”。

从《流浪地球2》到杭州亚运会，外骨骼机器人已经从科幻走向现实。在杭州亚运会期间，外骨骼机器人被广泛应用于货运、救援等场景，表现出极高的实用性和灵活性。人类增强外骨骼技术也是此前美国陆军副助理部长办公室发布的《2016-2045年新兴科技趋势报告》中所提及的20项最值得关注的科技趋势之一，经历了多年发展，外骨骼机器人的应用范围已经覆盖了医疗、工业、物流等各个领域。数据显示，在全球融资金额前十的企业中，多数企业的外骨骼机器人产品均属于医疗健康类。在医疗康复和养老领域，外骨骼机器人可以帮助老年人、残疾人以及中风、偏瘫患者等群体进行康复训练。

二、科技公司研发案例

（一）瑞士医疗科技公司研发智能可穿戴外骨骼

瑞士医疗科技公司TWIICE研发的智能可穿戴外骨骼能帮助因脊髓损伤和中风而下肢瘫痪的人再次站立和行走。该外骨骼可进行模块化设计和数字化制造，能针对不同下肢损伤、病症以及应用场景（如滑雪、旅行等）进行功能定制。

图源Techcrunch

TWIICE将机器人技术、认知神经科学和数字制造相结合，研发出智能可穿戴外骨骼，帮助因脊髓损伤和中风而下肢瘫痪的人再次站立和行走。该外骨骼可进行模块化设计和数字化制造，能针对不同下肢损伤、病症以及应用场景进行功能定制，实现无缝的人机共生。TWIICE的智能外骨骼是一套外部支撑架构，可像裤子一样穿在身上，以支撑上半身、大腿和小腿。其在臀部和膝盖处设有机动关节，能通过电动机引导膝盖和臀部弯曲伸展，完成行走或爬楼梯等复杂的动作。该智能外骨骼在背面配备有电池，可支持长达两个小时的不间断行走，其备用电池重量不超过1公斤，可以单独放在背包里随身携带。操作方面，使用者可以通过配备的拐杖上的按钮来操作外骨骼的行动。且TWIICE的智能外骨骼具有机器学习功能，能自动适应楼梯、斜坡等不同路面，并根据人体现有的实际运动能力，自适应使用者的身体姿势，平衡使用者行动状态并防止其摔倒。TWIICE的智能外骨骼配备有模块化辅助工具，可以根据不同使用者的体型、病理和使用目的来定制外骨骼功能，而无需付出额外的成本。TWIICE使用的材料比一般3D打印的外骨骼材料更轻、更坚固，其外骨骼总重量仅为16公斤。此外，得益于模块化的设计和数字化制造流程，TWIICE可以快速轻松地生产标准化和精确定制的外骨骼设备。TWIICE是目前世界上同类产品中模块化程度最高，且重量最轻的外骨骼之一。

图源Techcrunch

从2016年开始，TWIICE连续四年获得Cybathlon大赛的奖牌，并于2020年获得该竞赛的银牌。Cybathlon是苏黎世联邦理工学院组织的一项国际竞赛，旨在推广机器人技术在帮助身患残疾者克服日常生活障碍方面的应用。2021年，TWIICE又在全球创新挑战赛（Global Innovation Challenge）中获得了第一名。2022年，瑞士技术创新基金会（FIT）为TWIICE提供了10万瑞士法郎的种子轮贷款，支持其开展为期9个月的临床试验，以获批在瑞士和美国上市。目前，TWIICE正在进行最后的临床试验，其初步结果表明，患者能比预期更快地适应并使用其智能外骨骼。未来，TWIICE将进一步提高其智能外骨骼的可及性和便捷度，帮助更多的残疾人重拾常态生活。

瑞士医疗科技公司TWIICE成立于2020年，是洛桑联邦理工学院的衍生公司，由Tristan Vouga和Marek Jancik联合创立。Tristan Vouga在洛桑联邦理工学院的机器人系统实验室攻读博士，多年来，该实验室一直在进行外骨骼研究，Tristan Vouga在博士期间开发出了TWIICE采用的技术。Marek Jancik在洛桑联邦理工学院取得材料科学硕士学位，专门从事高性能复合材料结构的设计和制造。

（二）上海傲鲨智能科技有限公司研发可穿戴外骨骼机器人

我国在外骨骼机器人领域的发展相对较晚，但多样化的应用场景促进了外骨骼机器人市场的迅速发展。随着核心元器件的国产化进程加速，外骨骼机器人制造门槛将逐渐降低，同时价格也将相应地下降。这意味着更多的企业和个人可以进入外骨骼机器人领域，促进市场的扩大和竞争的加剧。

日前，来自上海市杨浦区的外骨骼机器人傲鲨智能，在一年一度的全球科技盛会国际消费类电子产品展览会（CES 2024）亮相。傲鲨智能创立于2018年，总部位于中国上海财经大学科技园，是一家基于外骨骼技术平台研发制造机器人的高科技公司。公司致力于工业、医疗和教育领域外骨骼机器人产品研发、制造，并提供配套的解决方案。傲鲨智能核心团队是全球较早从事外骨骼机器人研发的企业，在机器人控制系统、运动控制算法、多传感器数据融合、人机交互、机器视觉等领域拥有丰富的设计研发经验。此前已获得包括明势资本、险峰长青、九合创投、英诺天使等知名基金的投资。

图源36Kr

此次，傲鲨智能带来了BES-HV腰部外骨骼机器人包含腰部控制系统、下肢控制系统和总控集成系统组成，为用户的大腿与腰部进行智能化电助力。产品自研了运动控制卡与配套驱动单元。为企业重体力岗位，减轻工人劳动负担50%以上，减少工人流失，提升生产效率提供有力保障。该款可穿戴外骨骼产品研发5年来已完成4次迭代，获欧盟CE安全认证，2023年荣获DIA中国设计智造大奖，目前已经在航空、矿山、电力、养老等多个场景近百个客户落地应用。

外骨骼机器人+汽车

傲鲨智能外骨骼在汽车主机厂总装领域深耕多年，服务多家全球知名主机厂，在汽车底盘螺丝安装固定、电池安装、传动轴装配、内饰件装配、线束搬抬等众多场景都有着成熟的落地经验。外骨骼机器人为ME工程师们的柔性化制造难以解决的问题提供快速落地的落地方案。工人穿戴外骨骼机器人可以轻松搬运十至二十公斤的安装设备或零部件，在工厂内灵活走动，对工厂减轻工作强度、优化工人操作动作、提高工作效率提供有力保障。

外骨骼机器人+3C

为人民满足美好生活需求，在3C家电领域存在大量多型号、多品类、订单式混线生产需求，带来大量柔性化人机协同工作需求，傲鲨智能外骨骼在多个头部客户实现了局部应用，涵盖洗衣机、热水器、冰箱等细分生产总装工厂，覆盖配重块安装、内胆装配、冰箱门安装等柔性生产场景。

外骨骼机器人+化纤

化纤行业高资金投入、高产能、高技术含量、高动化程度。生产现场高温、高速、高噪音，目前有部分关键操作需要人工精细化操作，同时有大量老旧工厂无法自动化改造需求，傲鲨智能目前与行业企业开展合作，持续推进化纤行业落地应用。

外骨骼机器人+航空物流

全国机场80%都是窄体飞机，行李从托运传送至行李房以及机坪下均为人工处理。由于旅客托运行李大小不一、材质多样、种类杂乱等原因无法实现自动化处理需求巨大。傲鲨智能外骨骼已在机场货运、飞机检修改装、航空发动机维修等场景落地应用。傲鲨智能已经国内最大知名机场应用，同时把航空地服领域作为重点布局，为减轻航空地服人员体力负担，助力机场与航司提高行李运输质量，为营造智慧人文、服务旅客保驾护航，持续拓展外骨骼机器人应用场景与机遇。（航空物流场景详情）

外骨骼机器人+矿山

矿山所运用的采矿设备趋于大型化、高效化，采、运、排所涉及的工程设备也趋于大型化、高效化，所以维护、保养工作也必须高效。目前在煤炭生产中作业人员大量生产装备搬抬、设备重量超负荷搬运，复杂场景下无法使用辅助装备，长此以往导致很多作业人员形成腰肌劳损、腰间盘突出等职业病，同时困扰一线员工制约其作业生产效率。外骨骼机器人成为解决作业人员体力消耗高效完成重体力作业任务有力工具。傲鲨智能联合国内某知名大型矿企入选国家工信部发布“机器人+”应用优秀场景名单。重点在外骨骼机器人辅助安装作业场景应用。傲鲨外骨骼是国内为数不多在矿山领域规模化应用企业。

外骨骼机器人+电力

电力行业需要搬动大型设备和重型物件，如电池、变压器等。外骨骼助力技术可以帮助工人减轻负担，提供额外的力量和支持，搬运更加轻松高效。电力行业需要进行高空作业，如巡视电线杆、安装设备等。外骨骼助力技术可以提供稳定支撑和平衡能力，减少工人在高空中的风险，提高工作效率。电力设备维修和检修过程中，需要工人承担重力和精细动作。傲鲨智能外骨骼已经国网、南网部分场景中投入应用，外骨骼助力技术可以增强工人的力量和准确性，减少疲劳和错误，提高维修质量和效率。

外骨骼机器人+应急救援

在自然灾害发生时，救援人员常常面临巨大的挑战，如人们被埋在废墟下、楼房倒塌导致交通瘫痪等。在这些困难情况下，外骨骼机器人能够发挥出它独特的优势。外骨骼是一种能够通过机械结构增强人体力量和运动能力的设备。它能够承担人体无法完成或困难完成的重负，帮助救援人员更好地完成任务。

外骨骼机器人的潜力在于它可以大大提升救援人员的工作效率。预先制定计划并与救援人员协同操作，外骨骼可以完成复杂而困难的任务，如搬运重物、震区巡查等。它可以减轻救援人员的负担，使他们能够更长时间地执行任务，从而提高整体救援效果。

外骨骼机器人+建筑

建筑工地内存在大量重物料搬运场景和长时间弯腰保持场景，例如堆场装卸搬运、场地调整搬运、墙面地面处理工作等，需要高频次长时间进行弯腰作业。长期过度使用腰部肌肉，会导致工人工作效率下降，人体健康受到威胁，同时手部和其他关节也会有较高受伤风险，对于一些超龄、体弱和从事重体力劳动的工人来说，这些都是施工环节中的真实存在的潜在风险。傲鲨智能多家国内建筑企业落地应用，在现场环境比较复杂，空间较为狭小的情况下，穿戴式外骨骼机器人成为更加灵活可靠的选择，在不影响工人正常动作的情况下，为工人提供关节助力，降低腰肌劳损和手部受伤风险，与此同时，工人的整体疲劳感下降，工作效率也能得到有效保障。

外骨骼机器人+教育

傲鲨智能外骨骼机器人拥有丰富的软硬件配套、支持多种开发功能模式和实时控制API接口，提供简单易用的开发者开放平台。傲鲨智能持续积极推进产学研深度融合，可助力高校人工智能、脑机接口、人机共融机器人等专业建设、人才培养、科研创新、技能培训等多种校企产教融合服务合作，已经在高校教学科研、实验实践、联合开发等项目中大量落地应用。自2018年开始，财大科技园持续为傲鲨智能的发展提供了包括场地服务、政企资源对接、投融资对接、市场拓展等多方面的创业孵化服务，同时也为傲鲨智能提供高新技术企业认定、科技型中小企业、科委创新资金、知识产权规划等政策辅导服务，助力企业快速发展。

需要注意的是，作为一种高精度的医疗器械，外骨骼机器人的质量及标准要求依然严格，因此，国内资本也逐渐意识到，在外骨骼机器人赛道不能仅仅依靠复制外国模式，而是需要找准用户及市场实际需求，实现真正的技术创新。且硬科技领域对技术和材料的要求更高，未来也需要不断进行实验和验证。 

资料来源：

[1] Baloise.When magic meets technology TWlCE <br> helps people get back on their feet[EB/OL].[2024-04-26].https://www.baloise.com/en/home/news-stories/news/all-news/2023/when-magic-meets-technology-twiice-helps-people-get-back-on-their-feet.html.

[2] Vouga, Tristan & Fasola, Jemina & Baud, Romain & Manzoori, Alireza & Pache, Julien & Bouri, Mohamed. (2021). TWIICE One powered exoskeleton: Effect of design improvements on usability in daily-life as measured by Cybathlon race performance. 10.21203/rs.3.rs-995192/v1. .

[3] 36Kr.瑞士医疗科技公司TWIICE开发智能外骨骼，帮助下肢瘫痪患者重新站立和行走 | 瑞士创新100强[EB/OL].（2024-04-23）[2024-04-26].https://www.36kr.com/p/2738198378710785.

[4] 上海市黄浦区人民政府.来自我区的一款外骨骼机器人 亮相全球科技盛会[EB/OL].（2024-01-18）[2024-04-26].https://www.shyp.gov.cn/shypq/xwzx-tpyw/20240118/446503.html.中