最近，現代汽車集團可穿戴式機器人Vest Exoskeleton問世並獲紅點設計獎，現代集團稱VEX應用了目前的最新技術，開發應用後能為日常從事體力工作的生產線工人提供實用性幫助，最強大的效果是能舉起一輛汽車，現代汽車集團表示計劃在世界範圍內推廣VEX，以促進生產力和提高安全性。
在現實生活中，普通人每小時只能以約24公里的速度前進，世界紀錄保持者Usain Bolt的最快速度為每秒12.3米。與其他動物相比，人類這樣的速度很是尷尬，雖然動物們大多數都是四腿走路，但人類想要藉助自身行動更快的夢想從未因此而停歇。在歷史裡，人們已經找到了不止一種提高行進速度的方法，但是，目前看來，僅使用人力即可簡單推動使用的只有自行車。但是，無數電影導演和科幻迷們告訴我們，其實可能還有另一種方式，那就是外骨骼機器人，外骨骼機器人一直是科幻電影中人類自身能駕馭力量的極限。
外骨骼機器人的發展與場景
外骨骼的定義最早其實來源於動物，即外部的骨骼，這些外部骨骼一般用於支撐和保護動物，與之相反的是人類這樣“內骨骼”的生物。因此，外骨骼機器人一般是指那些能夠保護自身，並增強人類能力的可穿戴機電設備，從單一的穿戴電子類產品，後續逐漸形成電子、機械、仿生的跨界融合，形成一項面向未來的獨特前沿技術，在應用領域上也發展衍生到包含那些能夠增強（幫助康復）殘疾人的可穿戴設備，主要用於幫助病人做步態康復訓練。因此目前從功能上，一般將外骨骼機器人分為增強型外骨骼和康復類外骨骼。
外骨骼機器人的想法可以追溯到1890年，當時一位叫尼古拉斯·亞根的俄羅斯人發明了一種用壓縮空氣包為動力的類外骨骼系統；1917年，美國發明家開發了一種以蒸汽為動力的外骨骼機器人；1960年，最早的外骨骼項目出現，其來源於美國軍方的增強型軍用裝甲，同期康奈爾大學的研究者也開始研究人體增強的概念，後續外骨骼機器人很快就開始研發，也造成了這個領域大部分能夠探明的問題迅速被探明。1970年，通用電氣設計的Hardman系統，包含了30多個關節，能舉起1500磅的重量，展示出了外骨骼技術的龐大可能性。
從研發到應用，目前外骨骼機器人已經走過了第一個百年。外骨骼機器人也從最初的軍用領域，開始在醫療、工業、物流等領域零星有所應用，包括美國的Ekso Labs、Barrett Medical以色列的Rewalk、英國的Rex Blonics Limited、日本的CyberDyne、松下的外骨骼機器人等都是位於行業領先位置的企業。其中，必須介紹著名的以色列外骨骼公司ReWalk，公司由Amit Goffer博士主導設計。1997年他因車禍導致四肢癱瘓，親身經歷激發出產品靈感，2001年主導成立 ReWalk的前身Argo醫療科技公司。ReWalk在2014年拿到FDA批准，是第一個獲得FDA批准的外骨骼機器人產品，也打開了外骨骼技術應用的新大門。
但是外骨骼產品問世後價格一直居高不下，甚至可以說極其昂貴，例如ReWalk 6.0系統售價約為7.7萬美金，Cyberdyne的產品售價更是高達20多萬美金，但是隨著近些年技術的成熟，也已有產品逐漸落地應用。
在國外的外骨骼機器人發展歷史中，松下對此在產業方面的應用較早，其最早在2014年就公開了其外骨骼機器人的應用項目。當時，松下為了讓普通工人能夠輕鬆負重15公斤的重物到處移動，先是做了一個輕便版的外骨骼支架，後續在背部、大腿、小腿到腳部的區域裡用碳纖維材料支撐，配合著可以由傳感器喚醒的動力馬達，最後實現了可以輕鬆地幫人負重15公斤工作。此外，包括美國的Ekso Bionics、suitX也陸續已經推出了自家工業用外骨骼機器人，其中，Ekso Bionics公司的上肢外骨骼機器人EksoVest早已經應用到福特汽車流水線的頂部作業。
技術與現狀分析
目前，整個工業外骨骼機器人從技術路線上可以分為兩類：機械助力外骨骼機器人和伺服驅動/電助力外骨骼機器人。新一代電助力外骨骼機器人已有諸如美國Sarcos公司已有研發電助力外骨骼機器人，Sarcos研發了液壓助力的大型軍用外骨骼機器人，但是由於重量和成本較高，目前無法得到普及，而很多人認為外骨骼機器人作為工業應用也沒有機器人實惠。
一個外骨骼機器人一般包括整機設計、驅動器（機構）設計、控制策略三部分，外骨骼機器人實現人機實時交互和控制是其中的最難點。交互整體工作原理一般是：第一步感知人體行為意圖，一般是陀螺儀+加速度計+肌肉電信號等方式結合；第二步實現驅動方式，例如採用高級行為驅動；第三是一般通過激光 + 超聲感知對外界環境做出判斷。
目前機器人獲得人類意圖有兩種方式：直接獲取操作者意圖和間接獲取操作者意圖。直接獲取操作者意圖的方法有從EMG數據、或人和機器人之間的交互力，間接獲取的方法是從外骨骼關節獲取數據、估計操作者意圖然後放大運動效果。馬斯克最近曝光創辦的Neuralink新公司，致力於將人腦和計算機的連接，將計算機芯片植入人的大腦就是加強這種連接的一個方式。
下面是幾家國際主流外骨骼機器人詳細的技術對比表：
相對而言，國內外骨骼機器人更多仍處於研發階段，包括部分企業已經商用的外骨骼機器人主要仍是與高校、企業合作，以產研結合的研發平臺形式對外輸出。國內這一賽道起步較晚，但卻發力甚猛，尤其是康復外骨骼機器人賽道，已經湧現了眾多初創企業，包括大艾、邁步、睿瀚醫療、尖叫科技、瑾和、傅利葉智能等均是近些年來這一領域的明星企業，在這些企業中，就融資情況來看，普遍在2017年-2018年已經完成Pre-A輪融資。
工業外骨骼機器人也在國內應需興起，包括在汽車裝配、物流行業領域的應用，中國工業外骨骼機器人相關企業也已經開始跑步前進。類似傲鯊智能的MAPS工業上肢外骨骼機器人（1.0版本）19年就曾報道已經在奇瑞汽車、宇通客車、北京奔馳、吉利汽車工廠中試用。鐵甲鋼拳這類物流外骨骼機器人領域的創業企業也在2019年正式推出其第一款物流領域通用外骨骼機器人，目前鐵甲鋼拳已與京東、德邦、施耐德就物流外骨骼機器人有合作應用，未來將會繼續深入做工業、建築場景應用的外骨骼機器人。
相對於臨床效果非常清晰的微創手術機器人（達芬奇機器人類），外骨骼機器人還有很大的想象空間，並且有貼近消費級產品的選項。從技術角度來說，康復類的外骨骼機器人研發門檻較低，同時屬於2類醫療器械，註冊門檻較低；輔助行走類外骨骼機器人的性能受到技術的限制；而手術機器人技術研發門檻較高，屬於3類醫療器械在國內註冊門檻和週期都很長，因此對比來說手術機器人適合大公司開發，而外骨骼機器人適合創業公司，因此外骨骼機器人在中國得到爆發並不奇怪。
在前沿技術上，現階段，西安交大、帝國理工、墨爾本大學也都有在做腦電方面的研究，而香港理工，則專注於經顱磁刺激和外骨骼機器人相結合的研究，這些都是目前世界上神經康復和機器人康復領域中非常前沿的方向。儘管如此，我國康復醫療產業還處於發展初期階段，即使部分已經獲得各類醫療認證的外骨骼機器人，更多企業仍將大部分精力投入在這些醫療外骨骼機器人研發上，真正商業應用的產品主要還是在關節康復設備上，諸如傅利葉智能的腕關節、踝關節康復設備，邁步機器人的手部康復設備等。這些產品目前主要也是與醫院合作（或租或賣）。
難題與創新頗多
早期困擾外骨骼機器人一直以來有幾個問題，第一個問題是能源問題，早期的外骨骼機器人離不開外部能源，通過內燃機和電纜的驅動一度是阻礙機器人發展的難題，這對於機器人的重量和可持續性的相關問題都有影響。第二個問題在於控制技術，控制技術使得機器人能夠精準全程實現高效率的掌控，以及多維度的自由控制，並且能夠跟上人的各種變化，如果沒有對人體各種運動趨勢的各種感知能力，而給人提供一個助力和行動支持，外骨骼機器人就反而成為了累贅。
如今隨著鋰電池，燃料電池等成熟，高效能源的發展，一部分外骨骼機器人開始將能源和控制問題很好得到解決，並出現了非常多的單一功能外骨骼機器人分支，在exoskeletonreport上收錄的目前出現的外骨骼機器人外形就包括了揹帶、手套、手指、短褲、護膝等形式，用於目的則也衍生到了各產業、醫療、民用和軍事領域。
當然，外骨骼機器人的發展也衍生出了Body Extender這種奇怪的增強型外骨骼科技樹，這是個意大利軍方與意大利PERCRO實驗室的合作項目，其主要目的就是跟隨操作者的運動，並放大操作者的力，整機共計22個自由度，每個自由度有一個直流有刷電機驅動，在人和機器人固連的5個部位安裝了5個六維力傳感器（手，腳，軀幹）來檢測人的運動意圖，手部爪子部分安裝了2個1維力傳感器來檢測人手期望的輸出力，簡單來說就是用機械無限放大力，不過這種設計思路目前得到宅男工程師們極大的發揚光大，比如說當時美國要和日本單挑的那種機器人，在國外也有一些很奇怪的應用。
但學術界一直將其視為異端，認為只要正常能真正對人類起到輔助作用的研究才是正道，例如在近日斯坦福大學的研究人員們開發的一種電動外骨骼，它迴歸到外骨骼開發的初衷——為了能使跑步者感到更輕鬆。與沒有外骨骼的情況相比，這種方式使它將跑步者的速度提高10％，開發者稱最終可能會被用作最後一英里的運輸方式。
當然也有發揮出無限想象力的科學研究作品，範德比爾特大學的一對研究人員提出了一種製造設備的方法，該設備將使人類的奔跑速度幾乎是自然速度的兩倍。阿曼達·蘇特里斯諾（Amanda Sutrisno）和戴維·布勞恩（David Braun）在發表在《科學進展》雜誌上的論文中，描述了他們對於這種設備的構想以及使其成為現實的要求。
Sutrisno和Braun提出的想法是製造一種附著在身體上的裝置，以作為輔助，該設備將每條腿具有一個彈簧，人在空中跳躍飛行時，腿部動作會拉動彈簧，彈簧拉動會存儲能量，一旦腳回到地面就可以消耗能量。然後，這些能量將與正常的肌肉能量結合在一起，從而使腳比平時更能向後推更大的力量，從而使人向前推動的速度比正常情況下要靠自己更快。但不幸的是，這個想法存在一個障礙：那就是碳纖維等材料的缺乏，使得實現這個設備還缺乏能量儲存能力。
結語
目前就外骨骼機器人的市場上來看，因為工業市場和工業機器人等成熟產品都存在競爭，外骨骼機器人最有可能的市場依然在醫療場景。第一市場是不可逆損傷市場，主要針對的是肌肉、骨骼、神經、軟組織損傷和老化造成行動不便的人群，這一類2C人群約9000萬，當然，讓身體有殘疾的人能夠站起來也是意義非凡。第二市場是可逆康復市場，主要針對於因為手術原因臥床治療造成的臨時肌肉萎縮、智能康復人群，每年約2500萬的循環人群和機構合作建立渠道。
但和智能機器人一樣，未來外骨骼機器人的主要市場一定還是消費級市場，例如針對戶外行走、徒步、爬山、攀登等輕應用，生產適用於膝蓋、大腿、鞋子、手臂等單個部件形式的產品，這部分的市場沒有確定參數，但空間十分巨大。
希望在不久將來，隨著材料等問題的攻克，外骨骼機器人最終能夠價格不斷下降，最終實現數萬元甚至數千元的量級，這時候市場無疑將迎來一個巨大突破。而如果能把外骨骼機器人賣成普遍性的服裝，或許人類探索未知的宇宙，也就不再是遙不可及的夢想。
閱讀更多 鹿晗小花花 的文章
