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解析可穿戴机器人产业成功要素

2016-05-17

  人类进入百岁寿命时代最为需要的是,就是临死之前也要保证两腿可以健康的使用和行走。意味着无需旁人的帮助,自行行走是多么的重要。据报道,我们身体上的肌肉从40岁开始每年萎缩1%,相当于平时不常运动的一般人到了80岁,身体上将会有40%的肌肉萎缩掉。老年人多数患有行走不便的疾病,主要的原因就是肌肉强度的降低。正常人尚且如此,如果因为事故或者疾病导致的行走不便,将会使人们的痛苦加剧。可穿戴设备的出现,对这些人群来讲,或多或少将成为一个希望。

  2012年伦敦马拉松大会上,一位名叫克莱尔的女性耗时17日完成了全程比赛。曾经是一名珠宝设计师的她,因五年前的一次骑马坠落事故导致了下半身瘫痪,无法正常行走。参加此次马拉松大赛,是为了同样因为四肢残疾的人士募集康复资金。全球各大媒体都竞相报道此事,也大加赞赏克莱尔的壮举。克莱尔得以完成42公里全程马拉松的最大功臣是一款名叫Rewalk的可穿戴机器。Re-walk是由以色列阿尔戈医疗(Argo Medical)公司推出的,专门帮助脊椎病患者进行行走辅助的可穿戴机器人产品。该产品已经通过了美国FDA(食品医药局)认证,最近刚推出的“Rewalk  6.0”版本,可以让用户更为自然地行走和上下楼梯。之前只能使用轮椅的患者们,将此款产品亲切的称为“自由(freedom)”。可穿戴设备正逐步成为可以为人类提供幸福感的新伙伴。

  纵观全球,针对需要随身佩戴笨重作业设备的现场工人、医院里的护理人员以及负重武器装备的军人等用途的可穿戴设备层出不穷。甚至像电影“钢铁侠”和“明日边缘”(Edge of tomorrow)中男主人公所穿的军用可穿戴装备都成为了各种科幻类电影的热门题材。这种可以无限扩大人类自身极限或者弥补肉体不足之处的可穿戴机器人,我们称之为外骨格机器人(Exoskeleton)。这个市场目前主要由美国和日本主导,到了2025年其市场规模将超过45亿美元。

  最初的可穿戴机器人是1960年代由通用电气开发的Hardimen系列产品。通过Hardimen,使用者可以用4.5公斤的力量举起110公斤的物体,实现了25倍的力量增幅。但其自身重量达到了650公斤之多,并且操作机器不稳定,最终导致了失败。后续的可穿戴机器人开发,主要面向了军事用途。2000年代,以美国国防部防卫高等研究计划部(DARPA)主导、洛克希德·马丁 (Lockheed Martin)和雷神(Raytheon)参与开发的军用可穿戴机器人,才实现了可以用于实战的功能。洛克希德·马丁下属的Ekso Bionics公司开发的HULC,可以实现负重90公斤的情况下以时速16公里,在山岳地带进行奔跑行走。Ekso Bionics同时也开发除了基于该技术的康复用可穿戴机器人“Ekso”,以及作业现场用可穿戴机器人“FOR-TIS”。FORTIS的自身重量仅为20公斤,女性也可以轻松的佩戴并操作使用。

  机器人大国日本,一直致力于开发针对其老龄化社会的生活用可穿戴机器人。开发了类人双足机器人ASIMO的本田公司,专门针对老弱病残用户开发了“Honda Walking Assist”可穿戴机器人。该产品通过腰部部位的传感器识别用户的行走模式,在适合的时间节点上,为大腿提供动力,以此减轻用户的负重和压力。目前在美国芝加哥康复医院进行着临床应用试验;后续将针对脑瘫、骨折患者,优先提供和销售该产品。近期也将推出针对下肢乏力的老年人的产品,预计将成为大幅度提高晚年生活品质的革命性产品。随着劳动人口的急剧减少,工业领域的应用也在快速增加。松下推出的Assist Suit,可以帮助用户实现举重以及大负荷作业等操作;自身重量仅为6公斤,但抬重物的时候可以为腰部减轻15公斤左右的负重。

  为数不少的初创企业,也在可穿戴机器人领域中大放异彩。2015年福布斯(Fobes)评选出来的新晋富豪榜中,就有来自可穿戴机器人初创企业的CEO。他就是开发出HAL产品的Cyberdyne公司创始人三阶吉行。从筑波大学起家、并于2004年初正式成立Cyberdyne公司,在2014年3月上市之后,三阶吉行的个人资产迅速膨胀到10亿美元,成功进入了全球富豪榜单。通过使用HAL,用户的肌肉力量可以强化10倍;一般人都可以轻松举起70公斤重的物体,也可以帮助老人和残疾人士进行行走。目前已经通过了欧盟的医疗设备认证,美国FDA和日本的医疗设备认证正在同步进行中。

  东京理科大学初创企业开发的病人监护用力量增强型机器人“Mus-cle  Suit”,自身重量仅为4.5公斤,但可以实现30公斤重的负载,帮助护士轻松抱起或者移动患者;目前已经开始了量产。据矢野经济研究所预测,在日本超过65岁以上的老年人口已经达到了3000万名,2020年日本的监护机器人市场规模将达到350亿日元。

  韩国的HEXAR可穿戴机器人公司,在去年的国际医院医疗产业博览会上展示了一款下半身麻痹患者穿戴的行走辅助机器人。在展示现场上,一名因交通事故下肢严重瘫痪的用户穿上了该机器人,实现了一键站立并自由行走。现代汽车公司也于2015年8月在美国公布了其首款行走辅助型机器人H-LEX,目前在进行老年人及下肢康复患者的临床测试。该公司表示,开发这种机器人的目的不是为了马上能赚到钱,而是希望唤醒社会对劣势群体的关注。

  最后再总结一下可穿戴机器人产业的成功要素都有哪些。首先是价格。根据残障程度,可穿戴设备的价格也会有所不同;残疾马拉松选手克莱尔·洛马斯所使用的Rewalk产品的价格接近七万美元,而Ekso Bion-ics的产品更是达到了十万美元。Cy-berdyne公司的HAL产品,其最低配置的产品价格也达到了两万美元;本田的机器人租赁价格为,三年期、每月四万五千日元。今后如果社会保险可以覆盖此种类型的消费,并且随着产量上升而降低制造成本,消费者可以用更为便宜的价格买到可穿戴机器人。业内专家预计,老年用可穿戴机器人的价格在一万到一万五千元区间,就可以实现大面积应用和普及。

  第二,可穿戴机器人需要准确的把握用户的动作意图。相比传统服务机器人,可穿戴机器人需要紧密地与人体接触,并且快速的识别和判断用户的意图,并迅速给出对应的反馈。用户想停止走动,机器人反而加大推力;或者用户下楼梯,但机器人没有跟上节奏,就会发生跌落或者受伤的可能性。为了避免这种情况的发生,需要通过分析肌肉以及大脑的电信号,提前判断用户真实的意图。还可以通过分析用户的身体移动,比如扭身、用力、倾斜度等数据来判断用户后续可能会采取的动作或者意图。上述两种方法仍然需要改进和研究,但随着传感技术人工智能技术的发展,预计很快会实现。不久的将来,为身体不便的父母准备的礼物清单中,将出现可穿戴机器人的身影。


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