一秒变身钢铁侠，外骨骼机器人能走多远？

文字| 草原骑士

来源 | 智能相对论 ()

近日，刘强东在头条上发布视频，透露京东为物流工人开发了一款外骨骼机器人，戴在工人的背上，更大限度地减少因频繁弯腰取货而造成的腰椎损伤。

无独有偶，福特最近宣布与 Ekso 合作，在美国两家汽车工厂测试外骨骼机器人，并展示了实际应用的视频。该机器人可以帮助工人减轻体重5至15磅，从而减轻工人每天执行4600项高空作业任务对上半身造成的压力。

随着京东、福特等知名企业的带头，可以预见，外骨骼机器人很快就会在各大工厂得到应用。对于普通员工来说，外骨骼机器人可以减轻工作时身体的负重压力，减少肩周炎、腰椎键盘突出等常见慢性疾病的发生。这确实是个好消息。

在赞叹一家关心员工的好公司的同时，我们不禁要问，外骨骼机器人到底是一种什么样的高科技？如果你戴上它，你会拥有钢铁侠的超能力吗？

可以肯定的是，影视作品中的“高科技”往往超出现实。虽然人工智能技术正处于快速发展阶段，但现实生活中外骨骼机器人的发展速度却并没有那么快。智相对论（微信ID：）简单讲述了外骨骼机器人的前世今生，让我们一起了解一下这项可能改变人类生活的黑科技。

外骨骼机器人其实是美军装备

2000年，美国国防部提出“外骨骼机器人”概念，目的是增强士兵体能，提高单兵作战能力。事实上，外骨骼机器人不同于我们在以往的军事战争或科幻电影中看到的铁甲洪流，而是附着在人体外部的“人工智能”。它为佩戴者提供保护，并感知、伺服和驱动机械关节，根据人体运动再现运动，提供额外动力，帮助用户跑得更快、跳得更高、承受更强的负荷。

美军的研制招标提出了四点要求：1、外骨骼系统必须能够保护佩戴者，大幅减少伤亡。 2、外骨骼系统携带的能量必须能够维持24小时运转，而且必须轻便且完全静音。 3.外骨骼系统必须允许士兵携带更大的重量，同时仍然能够跑得更快、跳得更高、更远。 4.液压元件必须平稳、高效且完全静音。

在美国国防部的大力支持下，雷神公司的XOS和洛克希德·马丁公司的人力承重系统（Human Load，HULC）脱颖而出。他们还在研究外骨骼机器人。两家公司的区别在于洛克人机器人，雷神公司专注于研究全身机械外骨骼，而洛克希德·马丁公司则专注于能够增强下肢能力的机械外骨骼技术。

该项目于2000年启动，经过6年的研发，成功生产出之一台原型XOS 1，这也是XOS 2的原型。XOS 1的实际重量与感知重量的承载重量比为6：1，即意味着当背负60公斤的重量时，佩戴者会感觉自己只背负了10公斤。 2007年，雷神公司收购了它，并于2010年推出了XOS 2。XOS 1最初设计的主要目的是证明理论的可行性。 XO2对性能有更高的要求，需要更轻、更快、更强的设计，并降低能耗。 XOS 2重95公斤，比之一代产品轻10%。实际与感知搬运重量比为17:1，能耗也降低50%。

雷神公司的XOS2

2004年，著名的加州大学伯克利分校人类工程与机器人实验室成功研制出伯克利下肢外骨骼（BLEEX）——HULC的雏形。 HULC于2009年推出，洛克希德·马丁公司获授权在军事领域推广。 HULC重24公斤，由背包式外框架、金属腿框架和相应的液压驱动设备组成。佩戴者所承受的载荷不会作用在佩戴者身上，而是通过机械外骨骼直接传递到地面。 HULC的功能主要包括力量增强和耐力增强。强度的增强体现在士兵佩戴后可以承载90公斤的重量而没有任何感觉；续航能力的增强体现在3.2公里/小时的动作速度下，耗氧量可降低5%~12%。

洛克希德·马丁公司的 HULC

外骨骼机器人在医疗领域大放异彩

2014年巴西足球世界杯开幕式上，一名下肢瘫痪的男孩穿着智能机械骨骼服起脚，震惊全场。他向世人展示了康复外骨骼机器人的独特风采，也使这一集人机信息交互和机器人自动控制、神经康复工程等多学科知识于一体的高新技术成果受到了全世界的关注。

对于腿脚不方便的老年人和残疾人，外骨骼机器人可以辅助或恢复其腿部的行走运动，从而提高老年人和残疾人的生活质量。对于正常人来说，外骨骼机器人可以提高佩戴者的负重能力，减少体能消耗。

2013年，日本筑波大学HAL第五代产品HAL 5推出。同年2月获得国际安全认证，成为首个获得该认证的机械外骨骼。同年8月，HAL 5获得欧盟认证，允许其在欧盟用于医疗。 HAL重量仅10公斤，基本满足普通人的承受能力。通过感知身体表面的一些生物信息，例如肌肉运动和神经电流的变化，HAL可以模拟佩戴者的动作。并增强佩戴者平行方向的力量和耐用性。 HAL目前在日本上市，被认为是最成熟的民用外骨骼系统。

HAL5，筑波大学，日本

它是以色列一家公司的明星产品。也已通过美国FDA认证，已进入市场销售阶段。它是一款辅助运动的可穿戴下肢外骨骼，是一款帮助腰部以下脊髓损伤的人恢复独立行走的外骨骼机器人。它由腿部支架、独立控制的髋关节和膝关节电机、可充电电池、连接到关节框架的计算机系统以及一对控制平衡的拐杖组成。髋关节、膝关节均具有可驱动的屈伸自由度，踝关节设有双向矫正关节，具有限制功能，防止人体受到伤害。

2016年5月，哈佛大学维斯研究所发布了与该公司合作开发的新一代外骨骼机器人。它利用可穿戴传感器的拉伸来检测运动，然后通过电缆驱动踝关节的运动，实现运动驱动。

国内外骨骼机器人技术研究起步较晚，发展缓慢，远远落后于国际水平。在人工智能浪潮的推动下，国内大量上市公司和初创企业开始涉足这一领域。例如，2017年，深圳步步机器人发布了首款用于偏瘫患者的外骨骼机器人BEAR H1、上海傅里叶智能外骨骼机器人X1等，但尚未有企业获得CFDA认证，因此尚无产品真正进入商业化应用。

从刘强东发布的视频来看，京东外骨骼机器人动力系统很可能采用气动驱动，结构相对简单。气动驱动动力系统的速度在负载下容易出现波动，不适合更精确的情况。它只能在低功耗的情况下使用。研发高精度外骨骼机器人可能还有很长的路要走。得走了。

外骨骼机器人可以让我们成为钢铁侠，但还有很长的路要走

尽管外骨骼机器人已经取得了许多成就，但不可回避的现实是，当前的技术仍然面临着许多困难。例如，普通液压系统的工作环境远比常规地面液压系统复杂。运动时经常发生晃动、倾斜，系统中液压介质的容量也随时发生变化，极易导致运行不平稳、噪声大、可靠性不够。

用“钢铁侠”的标准来评判外骨骼机器人的成熟度或许有点高，但无论如何，作为辅助人工智能设备，它至少需要满足三个要求：智能反馈足够及时、佩戴足够舒适，续航足够长，这样的外骨骼机器人只有持久才能算成熟，而目前这三点都面临着一定的困难。

首先，充分、及时的智能反馈是操作流畅、体验良好的首要条件。在最基本的运动同步方面，目前的肌电信号采集方式有非常严格的外部环境限制。传感器会受到汗水等细微因素的干扰，使得外骨骼对运动的反馈出现延迟，从而难以完成工作。动作困难。更加智能的外骨骼机器人应该能够在人机交互循环中准确、及时地检测和识别用户大脑的运动意图，达到想动就动的理想运动控制效果。

其次，佩戴舒适度是辅助器具的基本要求。目前的外骨骼机器人受限于佩戴外骨骼的绑定方式，会对人体造成压力，导致血流不畅、肌肉变形，从而影响外骨骼的定位精度。未来，外骨骼机器人还必须努力增加外骨骼关节的自由度，让佩戴外骨骼后能够更加舒适地向各个方向自由活动。

最后，持久的电池寿命才能实现产品的实用性。从直观参数来看，目前的外骨骼机器人还没有完全满足美国国防部2000年提出的要求。例如HAL5的电池寿命只有160分钟。续航时间仅为3.5小时，远达不到24小时全天续航要求。这需要在轻质且坚固的复合材料以及便携式、持久的电源方面实现技术突破。这不仅是外骨骼机器人面临的共同问题，也是许多其他电子设备面临的共同问题。

可见，三项普遍要求还存在一定的难度。想要实现一秒变身钢铁侠的目标，还是有一定难度的。然而，技术总是在急速前进。随着新材料、新技术的不断涌现，在不久的将来，具有更先进的智能人机交互、更灵活舒适的运动功能的外骨骼机器人产品必将投放市场，造福大家。广大市民。

智相对论（微信ID：）：由2位前人工智能行业管理咨询资深人士+1位资深媒体人组成的三人帮，深挖人工智能之井，判断咸与咸，说得对。错了，并说出深度。。