在漫威的影片中，外骨骼機器人可以將普通人變成鋼鐵俠托尼·斯塔克；在郭帆的影片中，外骨骼可以將救援小分隊CN171-11武裝成能夠搬運重達數百斤的“火石”的“半機械人”；在現實生活中，也有人正在利用外骨骼，使失去行走能力、運動能力的人，重新恢複站立甚至行走的希望。
我國的康複醫療産業仍處于發展初期，一面是卒中、腦癱、帕金森等行動能力受到影響的神經退行性疾病龐大且迫切的市場需求，一面是資金投入少，康複機構數量少、規模小、設備研發落後等現狀，需求與供給之間嚴重的不平衡催生了技術研發的動力。
除了目前普遍應用的末端牽引式康複機器人、懸挂式機器人，目前最先進的康複機器人是可穿戴外骨骼機器人。它基于仿生原理進行設計，結合人體工程學，可以穿戴于患肢。每個關節上都對應有單獨的驅動裝置，患者佩戴後可以確保機器人的運動模式和人體自由度同軸，可以實現更有效的康複訓練。
在外骨骼機器人應用于康複領域的治療時，這個充滿希望的技術發展到什麽程度？市場化的程度如何？能夠解決什麽樣的需求？在應用的過程中又遇到了怎樣的難題？本文將與您一同探討。
傳統康複大多依靠人力，康複治療師稀缺
邁步機器人CEO陳功博士曾在钛媒體公開課中透露，我國康複産業不管是從人均康複理療師的數量還是康複流程，都是相對來說落後的。在老百姓的認知中，康複也不是一個很必要的概念。
在我國致殘率高達75%，而在國外只有30%左右，因爲國外有成熟的一套康複體系，脫離急性期後馬上進行康複，只有少部分人會有殘疾。但是在我國，中風之後就回家一躺，一躺就再也起不來了。
在腦卒中患者的症狀中，步態障礙對人的獨立影響是最大的，同樣，在康複過程中，一個病人需要好幾個康複理療師輔助，對人力的消耗非常大。
而且在我國康複理療師的數量是嚴重不足的，根據我國中風病人的數量，我國需要40多萬的康複理療師，但是其實專業的從業人員只有兩萬左右，缺口非常大。所以說采用機器人來輔助人工進行康複是一個必然的趨勢。而且在國外這種老齡化更嚴重、人力成本更高的地方，對機器人的需求也更加迫切。
機器人本身不知疲倦，非常適合高體力消耗、重複性的活動。而且機器人可以內置很多傳感器，可以實時檢測人體的狀態，也可以做出評估，這樣的話也不需要依賴康複理療師的經驗或者知識背景。而且康複機器人可以預先植入多樣化的算法，可以實時根據人體的情況提供智能化的訓練，達到更好的康複效果。
就醫用的市場規模（B端市場）來看，根據初心資本的統計與推算，2017年我國僅有康複專科醫院552家；根據國家統計局的數據顯示，2017年全國共有綜合醫院11701家，據公開資料顯示，2017年我國綜合醫院中設立康複科的醫院比例在30%-35%，據此中國有康複科的綜合醫院約3500家-4000家。故我國對康複型外骨骼機器人有需求的康複醫院總數約爲4000家-4500家。
因此，以一家醫院平均購買1-2台設備計算，中國康複型外骨骼機器人的存量需求約爲9000台，市場規模約在幾十億，較低的滲透率使得純粹面向B端市場規模較小。
而外骨骼機器人在C端市場的需求中，可以針對行走不便的老年人和無行走障礙的人群這三類提供服務。
根據初心資本的測算，對于輕度肢體殘疾人群來說，其需求與老年人接近，參考助聽器在聽障人士中的滲透率：在我國約爲5%，預計未來幾年內助行外骨骼的滲透率可達1%，潛在需求量約爲17萬台；根據國家統計局數據顯示，2017年我國老年人口數量達1.58億人，預計到2020年我國老年人口能夠達到1.8億。
與輕度肢體殘疾人群類似，預計滲透率爲1%，潛在需求爲158萬台；無障礙人群的助行市場需求則暫未到來。
外骨骼“玩家”，發展如何？
從形態來看，外骨骼機器人可分爲大型外骨骼機器人和可穿戴式外骨骼。
大型的機器人比如瑞士Hocoma公司生産的Lokomat（被蝶和收購），還有國産廣州一康的外骨骼，都是在減重跑台的系統的基礎上，增加外骨骼的功能。
這類設備單價較高，通常售價爲數百萬，供醫院使用；常州錢璟的Flexbot，可以使人躺著也可以把人豎起來，腿部可以通過外骨骼帶動下肢進行步態康複訓練，這類系統有減重系統和外骨骼，與lokomat的區別在于底下沒有跑台。
Lokomat®Pro 專業型下肢康複機器人（來源：Hocoma官網）
可穿戴機器人國外代表性産品有以色列公司ReWalk Robotics公司的ReWalk系列，日本Cyberdyne公司的HAL、美國Berkeley Bionics公司的eLEGS、新西蘭Rex Bionics公司的REX。國內的創業公司，更多的也是研發可穿戴式機器人的企業。
HAL下肢外骨骼機器人（來源：HAL官網）
在這裏我們統計了16家涉及外骨骼技術或外骨骼形態的機器人企業，基本情況列表如下：
*如未被收錄入此表格的企業也可以聯系動脈網，共同探討。
數據來源：動脈網知識庫、企查查、IT桔子
從康複機器人類型來說，上肢與下肢是兩個大類。其中外骨骼機器人的形態更多的適用于下肢。傅利葉智能創始人兼CEO顧捷表示，下肢的形態是外骨骼的結構會比較適用于臨床，現在康複機器人是外骨骼的形態，上肢或者單關節不一定是外骨骼的形態，機器人在醫院的康複訓練方面，是絕對的剛需，可以輔助治療師完成訓練，家庭使用可以實現功能性的訓練。
動脈網記者曾經采訪過的睿瀚醫療、新加坡Roceso以及香港Zunosaki（HandyRehab）等企業均爲上肢外骨骼輔助康複的形式。
以Roceso爲例，這家位于新加坡的上肢外骨骼手套研發商生産的軟機器人解決方案爲康複和日常生活中患有肢體運動功能障礙的患者提供功能性幫助。
據Roceso CEO王璐介紹，上肢的難度在于，手部關節的細小和運動方向的複雜。手肘是比較接近下肢的180度運動，肩膀、手腕的運動維度可能360度都會有不同的方向。
而手指的難度在于每個人的手指關節都有不一樣的長度和運動方向，所以剛性外骨骼不太適用于上肢的康複，Roceso選擇以布料織物和橡膠爲主的柔性材料。
另外上肢外骨骼設計起來更複雜還有另一個原因，就是上肢各關節協調運動時的不確定性。下肢走路各關節的角度方向以及次序是可設定的，因此，對于下肢外骨骼來說，另一個好處就是步態學習。
從材料和關節驅動來看，外骨骼也可以分爲柔性和剛性兩類。對于下肢來說，要支撐偏癱、截癱甚至殘疾患者的整個身體，達到行走的目的，還是只有剛性材料才能達到支撐的強度。
柔性外骨骼的開發難度主要體現在動力傳遞上，即如何安全准確的輸出力量，這又涉及到基于人工智能算法的模式識別。即通過穿戴傳感器數據，識別出步態周期中需要助力的時間點，並自適應各種行走模式。
外骨骼機器人的控制模型可以分爲感知層、控制層和決策層。其中，控制系統需要確保外骨骼能快速准確的響應人體的各種動作，還要考慮外骨骼與不同操作者之間的默契，以適應不同操作者的運動特點，整體擁有較高的技術壁壘。
從公司定位來看，傅利葉智能並不算一家典型的外骨骼機器人企業，而是專注于研發多種形態的康複機器人公司，顧捷表示：“外骨骼機器人是從形態上定義的一類機器人，這是比較泛的概念，包覆在人的身體上的穿戴式機器人可以叫做外骨骼，從技術角度來講主要用到機器人的技術、傳感器的技術、算法的技術，屬于比較寬泛的技術概念。”
傅利葉智能商務經理楊志豪告訴記者，傅利葉智能的外骨骼機器人産品的控制有好幾種模式，一種是被動模式，機器人本身設置了被動的軌迹，患者在穿戴上機器人後，可根據標准軌迹行走；另外也有主動模式，根據采集的力學信號，進行助力行走。
“不同模式針對不同康複期的使用者。被動模式是針對下肢完全癱瘓的，比如說脊髓損傷的患者，然後主動模式更多的是針對偏癱、腦卒中的患者，或者是非完全性脊髓損傷的患者，應用場景不太一樣。”
除了被動的軌迹訓練、肌電信號的捕捉，關于腦電形式控制行動的技術也正在突破，以期更好地進行人機交互。包括Roceso、布法羅在內的幾家企業均在此技術方面有一定成果。布法羅已經實現使用肌電、腦電、肌腦電混合的技術産品化，並在CCTV1的機智過人節目中展示了以上技術。
主要用于步態障礙，外骨骼可一定程度恢複行走能力
隨著我國老年化進程加重，腦卒中患者數量持續上升。據2017年《中國腦卒中防治報告》公布的數據顯示，我國每年約有246萬腦卒中新發人群，並以每年8.7%的速度持續上升。其中高達75%卒中幸存者存有著不同程度的運動功能障礙。
然而，上述數據也僅僅是需要康複的人群中的一部分，在外骨骼機器人的適應症方面和功能方面，一般應用于由腦卒中、腦癱、帕金森、脊髓損傷等神經退行性疾病引起的步態障礙。
一個人如果失去了獨立行走的能力就需要專門找人去看護，對家庭來說需要投入較大的看護費用。北航教授、大艾機器人的創始人兼CEO帥梅在機器人領域深耕了十幾年，她認爲，研發外骨骼機器人真正幫助到無法行走的患者康複，一定程度上是“康複一人幸福全家”。
“對于腦卒中病人來說，這些障礙可以通過康複訓練的方式得到改善，甚至恢複。因爲大腦是具有可塑性的，通過重複性的大量的訓練，大腦裏面會形成新的神經回路，症狀得到改善，這就是所說的康複訓練。”
目前，大艾機器人與與國內頂尖的康複團隊合作（北京積水潭醫院、北京宣武醫院、301醫院、國家康複輔具研究中心等），已進行了2000例臨床患者應用，據帥梅透露，目前機器人應用的康複效果已有數據可證，數據將作爲研究成果發表相關文獻。
王璐表示，在外骨骼用于下肢康複效果方面。國際上的一些會議有很多研究者用Rewalk或者用ekso來做研究。針對手部康複而言，有研究顯示，相比較單關節運動，針對日常生活行爲(ADLs)的“腦部功能區域學習”，不僅會提高病人的積極性, 而且會提高康複效果。
“外骨骼的好處在于至少使患者動起來了，動起來之後至少患者體內脂肪就，尤其腹部的脂肪就會減少，相應地也會減少一些病人得其它病的幾率。”
在訪談多家外骨骼企業後，我們總結出，外骨骼這一形態的機器人主要針對腦卒中、外傷或術後神經損傷所致肢體功能障礙患者，幫助截癱或偏癱的病人恢複上肢機能或下肢行動能力。
當然，在健康領域，也有利用外骨骼機器人增強人體運動能力的企業，如博靈機器人。據博靈機器人CEO張萌介紹，外骨骼機器人應當是主動適應、主動幫助人的機器人設備，因此，博靈機器人的使用場景並不局限于如康複之類的某一個具體的場景。
與醫療器械不同，博靈機器人目前瞄准了兩大場景，一是當用戶的行動或運動能力有所下降時，通過幫助使用者提升運動能力和運動量的方式，來幫助他更好地管理自己的體重，從而更好地管理自己的健康；二是運動健身領域，通過爲用戶提供外骨骼機器人産品，運動健身機構能夠提供有效、量化的身體評估測量分析，並提供運動規劃，幫助健身房實現個性化服務，升級叠代。
除了步態障礙的康複外，創瑞基金投資總監李弘燚表示，針對正常人增強負重避免肌肉損傷或者柔性材料增強正常人的運動能力的外骨骼應用，也是比較有前景的方向。
走出實驗室，外骨骼機器人落地還有多遠？
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資金：背靠高校平台，經費多來自國家補貼
在政策方面，自2012年以來，科技部就出台智能制造科技發展專項規劃，其中明確表示，重點發展安全機器人、醫療康複機器人等類別的科技産品，2015年，機器人産業十三五規劃也表明，要求實現在助老助殘領域、消費服務領域、醫療領域等重點領域的機器人示範應用，並開展核心零部件攻關，前沿共性技術開發、醫療康複機器人應用等重點工作。
另外，深圳、北京、浙江等地對于醫療服務類機器人都有一定的政策傾斜，這也成爲助力外骨骼研發的一大因素。從統計數據來看，長三角經濟帶爲主的上海、浙江地區及粵港澳大灣區分布的企業占多數。
外骨骼機器人企業所在地統計
據傑曼智能創始人劉啓軍表示，根據政策支持，身處甯波的傑曼智能在研發投入得到了甯波政府補貼的2000萬研發經費。
在研發方面，大部分外骨骼機器人企業都是背靠高校機器人研究中心，如成都布法羅機器人依靠的是電子科技大學機器人研究中心程洪教授，大艾機器人則以北京航空航天大學帥梅教授及團隊爲核心，承擔了支撐計劃、國家自然基金、北京市重大科技計劃項目；位于甯波的傑曼智能依托于浙大機器人研究院全方面開展技術合作，聯合開展課題研究，並導入人才與技術資源。
新加坡Roceso同樣依托于新加坡國立大學的研究項目。但王璐告訴記者：“大學的研究成果是非常有限的，如果最後做工業生産工業設計的話，還是要企業自己來做，所以企業的研發成本還是很高，對學術研究成果進行重新設計，這也至少需要耗費1-2年的時間。”
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資質是落地關鍵，考量安全性、有效性及臨床試驗方案的合理性
如何將研究成果從高校研究中心落地市場，成爲外骨骼商用的一大難題。而想要實現落地，除了技術成熟度外，首先要過的一關，就是資質。
2018年6月26日，北京大艾機器人科技有限公司旗下的外骨骼機器人艾康、艾動于北京獲得CFDA注冊證，成爲中國首個通過CFDA認證的下肢外骨骼機器人。在此之前，大艾外骨骼康複機器人被並評定爲北京市首個二類創新醫療器械，也是實行第二類創新醫療器械“綠色通道”審評審批政策後全國第一個二類創新醫療器械，産品類別爲”康複訓練設備”。
“流程加速標准不降低“，雖然是創新醫療器械審批通道，帥梅還是對記者強調了拿到二類醫療器械證的難度。”産品的安全性、有效性及臨床試驗方案的合理性都有著很嚴格的要求。“
外骨骼機器人首次通過CFDA二類認證，成爲其落地的標志。不僅在中國市場，放眼全球亦然。新加坡Roceso研發的易索手套在通過多例臨床試驗後，已于2019年1月通過美國FDA認證，將正式在美國上市。
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售價：少則15萬，多則80萬，家用市場有待開拓
除了資質外，外骨骼機器人高昂的售價也注定了其市場主要是面向醫院，B2B2C的模式成爲外骨骼機器人主要的商業模式，縱觀全球市場，除了日本的本田公司以租賃模式爲主，其余老牌外骨骼企業如Rewalk、Ekso、HAL等，都是以售賣的形式爲主，然而本田公司以租期3年爲期，價格也高達16200美元，長期使用看來也與高達十幾萬美元的售價無異。
有康複科醫生對記者表示，目前醫院的外骨骼機器人大多數是做效果的驗證和原理研究，還沒有真正實現醫用。總體來說，外骨骼機器人對于康複來說是有用的，但是這類設備入門容易，做得好則比較難。
據Zunosaki聯合創始人兼COO張皓程表示，在香港地區除了售賣給老年病醫院、康複醫院外，也有將外骨骼機器人賣給個人康複治療師的模式，外骨骼設備能夠幫助康複治療師進行康複過程中重複性的工作，大大提高了一人服務多人的康複效率。
劉啓軍表示：”降低成本的關鍵在于我們所有的配件國産化了，包括核心的電機跟減速器集成這一塊，我們自己的研發産品自己攻關了，使得我們的成本大大壓縮，我們的銷售價格大概在15萬人民幣左右。15萬的價格，在外骨骼機器人中已經是比較便宜的産品。“
通過記者的了解，在國內市場下肢外骨骼機器人的售價有高有低，低的在15萬、20萬區間，高的在60萬、80萬左右，與國外的産品相比，在售價上有一定的優勢，但是在康複效果方面，各類産品能做到的效果也不盡相同，部分外骨骼機器人僅能達到被動的助行目的，少部分可以通過提高活動程度，促進腦神經的康複，從而達到康複效果。
在訪談中，不少業內人士提到，如何將外骨骼機器人做到家用化，是實現外骨骼做到更好的人機交互效果的途徑之一，如果想將人工智能的技術應用于外骨骼機器人上，勢必需要大量的用戶數據，而家用化、輕量化、小型化是未來的發展方向之一。
就康複的路徑來看，從急性期的醫療機構轉到長期隨訪期的社區康複或家庭護理市場是必然的路徑，因此，外骨骼機器人如果能實現家用，市場規模將從現在的幾十億翻番，但就家庭場景而言，機器人與康複師、康複方案的配合至關重要，然而無論是就舒適度、便攜性或安全性的考量而言，家用的場景也將大大提高現在的技術門檻。
創瑞基金管理合夥人唐浩夫認爲，目前的外骨骼機器人不僅僅是是成本與售價的問題，其市場化還有一段路程。原因在于原來的外骨骼是重+硬結構，活動維度有限，無法適應不同類型的病人，且動力性能差。
他也曾經考察過外骨骼機器人的“明星”項目ReWalk和Ekso。他告訴記者，在目前的技術條件下，硬式外骨骼適合于健康人增強體力型應用場景，或軍用、工業場景；在醫療領域，軟體外骨骼或許更適應于生病、殘疾、康複人群。
目前浙江大學實驗室已經研發出有“電子肌肉”的軟體機器魚，可在水中遊動，相對于電機驅動、關節式運作的硬體外骨骼機器人，軟體機器人是人工肌肉包裹，電刺激人工肌肉收縮，這或許是未來的技術方向。
顧捷說：“現在的外骨骼機器人相當于50、60年代的計算機，外型比較粗糙，威力還沒有真正體現出來。“從這種形態來說屬于穿戴式機器人，應用前景比較廣，可以幫助人完成一些原來人完成不了的功能。”
前景雖好，但是現在的技術仍存在許多需要改進的方向，如能源問題，如何提高續航能力；舒適性問題，如何使機身更加輕巧；人機交互問題，機器人更需要知道人的意圖；以及更強勁的數據采集能力和驅動能力。
由此來看，系統整合、人機交互、結構設計、感知識別及認知學習能力將成爲未來外骨骼機器人甚至醫療機器人發展的五大重點。
*題圖來自大艾機器人官網
參考資料：
1.【钛坦白】邁步機器人CEO陳功：步態康複機器人的發展曆程和難點探索 https://www.tmtpost.com/2800307.html
2.初心資本：外骨骼機器人離我們有多遠 https://36kr.com/p/5188486
文 | 李豔瑜
微信 | halapotato
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