不止是爬山神器，更是四肢增强“外挂”

来源：红杉汇（ID：Hong_Shan_Hui）

撰文：洪杉

在泰山十八盘的陡峭石阶上，一位白发登山者轻松越过年轻游客的队伍。他腰腿都包裹着流线型金属支架，步伐稳定而轻快——这不是科幻电影里的场景，而是泰山景区内常见的真实画面。80元租用3小时的外骨骼机器人，正让曾经遥不可及的“机械战甲”走进普通人的生活。

所谓外骨骼机器人，是一种通过机械结构与人体关节紧密耦合，增强或替代人体上肢、下肢运动能力的智能辅助设备，宛如为人体安装了“物理外挂”，赋予人们应对各类体力挑战的非凡能力。

就如电影《钢铁侠》中，托尼·斯塔克的能量战甲让他成为名副其实的钢铁侠，《流浪地球》中的动力装甲为人类在极端环境下的生存和工作提供了强大的支持，在现实中，除了户外运动，外骨骼机器人还被应用至工业、医疗、应急救援等多元领域，成为人们的“隐形助手”，逐步改变着我们的生活。

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“钢铁侠”的百年历程

外骨骼机器人的起源可以追溯到十八世纪。受限于技术和原材料，该时期的外骨骼装置仅仅是个结构简单的雏形，采用了较为笨重的金属框架和简单的机械传动装置，能提供一定的力量辅助。

十九世纪末，俄罗斯工程师尼古拉斯·亚根开发出一种由蒸汽驱动的步动辅助装置，奠定了现代动力外骨骼的研发基础。不过，在实际使用时，穿戴者必须背负一台小型蒸汽机，这给使用者增加了较大身体负重。

真正的技术突破在1967年才到来，美国通用电气公司研制的“Hardiman”外骨骼机器人原型机横空出世。这款原型机采用半仿生构型设计，通过液压驱动，并且存在力量反馈系统，包含30多个动力关节，能辅助普通人轻松举起一百多公斤的物体。然而，“Hardiman”680公斤的自重、迟缓的动作节奏和惊人的能耗，严重限制了该机器人项目的落地。不过，它的诞生依然为外骨骼机器人的未来探索指引了方向。

进入21世纪后，随着材料科学、电子技术、人工智能等多个领域的飞速发展，外骨骼机器人踏上了蜕变为人类“第二层皮肤”的崭新阶段。

在材料方面，新型轻质高强度材料的不断涌现，如碳纤维复合材料、钛合金等。这些材料不仅具有很高的强度和刚度，能够承受较大的外力和扭矩，而且密度较低，大大减轻了使用者的负担。比如极壳科技的Hypershell X外骨骼采用碳纤维复合材料，仅重1.8公斤，却能通过AI算法精准识别步态，为穿戴者节省30%体能。

图源：极壳科技

同时，柔性材料和智能材料的研究也在不断推进，如形状记忆合金、压电材料等，有望使外骨骼机器人能够更好地适应人体运动，提供更加自然、舒适的助力体验。比如，汉威科技研发的柔性压力传感器每平方厘米可集成100个传感点，可直接映射肌肉应变，反复弯曲100万次以上，响应速度在1毫秒以内；哈佛实验室研发的织物外骨骼机器人采用轻质、耐用的功能性纺织品制成，如同一件能提供动力的“衣服”，通过轻量化的线缆结构牵引，为行走注入了更自然的步态辅助。

在电子技术方面，现代外骨骼机器人的运作机理关键在于精准感知、智能决策与高效执行。微处理器运算速度的加快，能够在极短的时间内处理大量的传感器数据，使外骨骼机器人的智能化和精准控制成为了可能。日本Cyberdyne公司开发的HAL（Hybrid Assistive Limb），通过检测使用者肌肉发出的微弱电信号，预测其运动意图，从而提供相应的助力。

图源：Cyberdyne官网

人工智能技术的应用更是让外骨骼机器人具备了“学习”和“适应”能力。通过机器学习算法，外骨骼机器人可以根据使用者不同的身体特征、运动习惯和需求，自动调整控制策略和模式。比如视鹏科技的登山外骨骼内置AI芯片，可学习用户行走习惯，动态调整助力策略。

随着深度学习技术的发展，外骨骼机器人还能够对复杂的环境信息进行分析和处理，提高其在不同场景下的适应性和安全性。当外骨骼机器人在户外崎岖不平的地形上辅助使用者行走时，它可以通过视觉传感器识别地形特征，自动调整脚步的高度和姿态，避免使用者摔倒。

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跨场景应用，科技的意义具象化了

从应用领域来看，如今市面上的外骨骼机器人主要分为两类：一种是针对特定关节性助力的人体增强类外骨骼，这种外骨骼主要是用来增加人的力量，拓展能力上限；另一种则是康复类外骨骼，主要用于医疗康复领域，比如辅助瘫痪病人行走。

增强类外骨骼机器人通过灵敏的传感器和高效的动力单元，“无缝衔接”使用者的动作意图，为关键部位提供精准的力量补充。

这类外骨骼机器人常见于需要高强度体力的工业场景，如汽车制造工厂、航空航天试验场以及物流仓库等地方。福特工厂的实测数据显示，外骨骼机器人使装配线效率提升23%，工人肌肉劳损率下降41%；京东、顺丰等物流仓库部署外骨骼搬运冻品和箱体，连续作业时间延长了50%。

在应急救援场景中，外骨骼机器人更是发挥了巨大作用。比如消防员穿戴外骨骼机器人可实现携带重型装备攀爬高楼，地震或抢洪救灾时辅助救援人员能轻松搬运物资与伤员。

在医疗领域，康复类外骨骼机器人为众多患者带来了重新行走、正常生活的希望。

以ReWalk外骨骼机器人为例，它是一款在全球范围内广泛应用于脊髓损伤患者康复治疗的先进设备。许多因意外事故导致脊髓受损而瘫痪的患者，在借助ReWalk外骨骼机器人进行康复训练后，取得了令人瞩目的康复效果。

博灵脑机研发的 “脑机接口上肢康复外骨骼”，能捕捉偏瘫患者微弱的肌肉电信号，协助他们完成过去因力量不足无法做到的动作。每台设备都能记录并存储患者的使用数据，随着使用次数的增加和数据的积累，系统会不断优化校准，使设备更加贴合使用者的需求，带来更好的康复效果。

脑机接口上肢康复外骨骼 图源：博灵脑机

在2024年巴黎夏季奥运会和残奥会的火炬传递中，也出现了外骨骼机器人的身影。法国残奥会选手凯文·皮耶特穿着外骨骼，手持火炬传递奥运会圣火。

随着我国老龄化进程的加速，养老护理也是外骨骼机器人的重点落地场景，傲鲨智能在此领域积极探索，已取得诸多成果。在上海的一些社区看护中心，傲鲨智能的产品已投入试用，腰部外骨骼机器人可以辅助护工将老人抬上病床，下肢外骨骼机器人能帮助失能老人恢复或提升行走能力。

下一步，傲鲨智能还计划为家用外骨骼机器人增加诸如定位、小区信息广播、AI形态识别+告警等装置，一旦穿戴外骨骼机器人的老人走失或者摔倒后久久不起身，就会立刻通知家属或者养老机构，老人也可以按下特定按钮，一键告警。

而且，一系列政策措施的出台，也加速了外骨骼机器人的推广与应用：专项补贴助力外骨骼机器人2025年普及率达25%；多个省市将外骨骼治疗纳入医保，外骨骼租赁服务纳入长护险覆盖等。预计2025年中国外骨骼机器人市场规模将突破50亿元，2030年或达千亿级。

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“第二皮肤”将向何处演进？

尽管前景广阔，但外骨骼机器人想要批量投入市场，还面临着诸多关键挑战。

成本居高不下是最大障碍。作为智能穿戴技术的“天花板”，外骨骼机器人集成了多种微型传感器、驱动器、电脑及其外围电路和复杂的控制算法。这种高度集成与复杂性也伴随着高昂的元器件成本。

此外，为了追求轻量化、提高穿戴舒适性，外骨骼机器人往往选用昂贵的钛合金、硬铝合金等高强度轻质材料，这些材料的运用也让外骨骼机器人的身价水涨船高。

其次是结构笨重，舒适欠佳。外骨骼机器人的骨架通常由金属连杆构成，采用刚性结构设计，这导致其体积较大且有较大重量。而且，金属连杆的刚性轨迹与肌肉柔韧运动相互干涉，迫使穿戴者改变自然步态。

续航能力同样制约应用场景。受限于当前电池技术的能量密度以及自身的重量负担，大多数外骨骼机器人系统陷入了“充电两小时，工作一刻钟”的尴尬境地。以美国伯克利大学研发的BLEEX外骨骼机器人为例，在背负30余公斤物品行走的情况下，其能量储备仅能维持自身120分钟的持续运作。这种“充电焦虑”导致设备难以满足矿山、消防等长时作业需求，也推高了消费级产品的市场门槛。

因此，外骨骼机器人的未来演进方向主要体现在以下几个方面：

• 智能化升级：

  控制系统将采用更先进的算法，能够更精准地识别人体运动意图，实现与人体的自然协同。例如，通过深度学习算法，外骨骼机器人可以根据用户的运动习惯和身体状况，自动调整助力模式和参数，提供更个性化的服务。

• 轻量化与小型化：

  碳纤维、铝合金等高强度、低密度材料的应用，将使外骨骼机器人的重量进一步减轻，同时保持其结构强度和稳定性。这将提高用户的舒适度和便利性，使其更易于穿戴和使用，也利于大众消费市场的发展，目前已有企业计划投放千元消费级外骨骼机器人。

• 能源系统优化：

  未来，将研发出更高能量密度的电池，如固态电池、锂硫电池等，以延长续航时间。同时，混合供能技术也将得到进一步发展，如超级电容辅助的瞬时大功率输出方案，可降低突发负载能耗，提高能源利用效率。

• 完善产业链：

  从零部件供应商到整机制造商，再到售后服务提供商，各个环节紧密合作，有利于形成完整的产业生态，也能降低生产成本，推动外骨骼机器人的大规模商业化应用。

• 标准化与规范化：

  包括产品的技术标准、安全标准、质量标准以及售后服务标准等，可以提高产品的质量和可靠性，保护消费者的权益，同时也将为企业的研发和生产提供指导。

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