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289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(shù)百斤的“火石”的“半機械人”；在現(xiàn)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，重新恢復站立甚至行走的希望。
我國的康復醫(yī)療產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)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(jīng)退行性疾病龐大且迫切的市場需求，一面是資金投入少，康復機構(gòu)數(shù)量少、規(guī)模小、設(shè)備研發(fā)落后等現(xiàn)狀，需求與供給之間嚴重的不平衡催生了技術(shù)研發(fā)的動力。
除了目前普遍應(yīng)用的末端牽引式康復機器人、懸掛式機器人，目前最先進的康復機器人是可穿戴外骨骼機器人。它基于仿生原理進行設(shè)計，結(jié)合人體工程學，可以穿戴于患肢。每個關(guān)節(jié)上都對應(yīng)有單獨的驅(qū)動裝置，患者佩戴后可以確保機器人的運動模式和人體自由度同軸，可以實現(xiàn)更有效的康復訓練。
在外骨骼機器人應(yīng)用于康復領(lǐng)域的治療時，這個充滿希望的技術(shù)發(fā)展到什么程度？市場化的程度如何？能夠解決什么樣的需求？在應(yīng)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(tǒng)康復大多依靠人力，康復治療師稀缺
邁步機器人CEO陳功博士曾在鈦媒體公開課中透露，我國康復產(chǎn)業(yè)不管是從人均康復理療師的數(shù)量還是康復流程，都是相對來說落后的。在老百姓的認知中，康復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，因為國外有成熟的一套康復體系，脫離急性期后馬上進行康復，只有少部分人會有殘疾。但是在我國，中風之后就回家一躺，一躺就再也起不來了。
在腦卒中患者的癥狀中，步態(tài)障礙對人的獨立影響是最大的，同樣，在康復過程中，一個病人需要好幾個康復理療師輔助，對人力的消耗非常大。
而且在我國康復理療師的數(shù)量是嚴重不足的，根據(jù)我國中風病人的數(shù)量，我國需要40多萬的康復理療師，但是其實專業(yè)的從業(yè)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復是一個必然的趨勢。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、重復性的活動。而且機器人可以內(nèi)置很多傳感器，可以實時檢測人體的狀態(tài)，也可以做出評估，這樣的話也不需要依賴康復理療師的經(jīng)驗或者知識背景。而且康復機器人可以預先植入多樣化的算法，可以實時根據(jù)人體的情況提供智能化的訓練，達到更好的康復效果。
就醫(yī)用的市場規(guī)模（B端市場）來看，根據(jù)初心資本的統(tǒng)計與推算，2017年我國僅有康復?？漆t(yī)院552家；根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，2017年全國共有綜合醫(yī)院11701家，據(jù)公開資料顯示，2017年我國綜合醫(yī)院中設(shè)立康復科的醫(yī)院比例在30%-35%，據(jù)此中國有康復科的綜合醫(yī)院約3500家-4000家。故我國對康復型外骨骼機器人有需求的康復醫(yī)院總數(shù)約為4000家-4500家。
因此，以一家醫(yī)院平均購買1-2臺設(shè)備計算，中國康復型外骨骼機器人的存量需求約為9000臺，市場規(guī)模約在幾十億，較低的滲透率使得純粹面向B端市場規(guī)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(wù)。
根據(jù)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：在我國約為5%，預計未來幾年內(nèi)助行外骨骼的滲透率可達1%，潛在需求量約為17萬臺；根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2017年我國老年人口數(shù)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，預計滲透率為1%，潛在需求為158萬臺；無障礙人群的助行市場需求則暫未到來。
外骨骼“玩家”，發(fā)展如何？
從形態(tài)來看，外骨骼機器人可分為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公司生產(chǎn)的Lokomat（被蝶和收購），還有國產(chǎn)廣州一康的外骨骼，都是在減重跑臺的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加外骨骼的功能。
這類設(shè)備單價較高，通常售價為數(shù)百萬，供醫(yī)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(tài)康復訓練，這類系統(tǒng)有減重系統(tǒng)和外骨骼，與lokomat的區(qū)別在于底下沒有跑臺。
Lokomat Pro 專業(yè)型下肢康復機器人
可穿戴機器人國外代表性產(chǎn)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(nèi)的創(chuàng)業(yè)公司，更多的也是研發(fā)可穿戴式機器人的企業(yè)。
HAL下肢外骨骼機器人（來源：HAL官網(wǎng)）
在這里我們統(tǒng)計了16家涉及外骨骼技術(shù)或外骨骼形態(tài)的機器人企業(yè)，基本情況列表如下：
*如未被收錄入此表格的企業(yè)也可以聯(lián)系動脈網(wǎng)，共同探討。
數(shù)據(jù)來源：動脈網(wǎng)知識庫、企查查、IT桔子
從康復機器人類型來說，上肢與下肢是兩個大類。其中外骨骼機器人的形態(tài)更多的適用于下肢。傅利葉智能創(chuàng)始人兼CEO顧捷表示，下肢的形態(tài)是外骨骼的結(jié)構(gòu)會比較適用于臨床，現(xiàn)在康復機器人是外骨骼的形態(tài)，上肢或者單關(guān)節(jié)不一定是外骨骼的形態(tài)，機器人在醫(yī)院的康復訓練方面，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(xiàn)功能性的訓練。
動脈網(wǎng)記者曾經(jīng)采訪過的睿瀚醫(yī)療、新加坡Roceso以及香港Zunosaki（HandyRehab）等企業(yè)均為上肢外骨骼輔助康復的形式。
以Roceso為例，這家位于新加坡的上肢外骨骼手套研發(fā)商生產(chǎn)的軟機器人解決方案為康復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(jù)Roceso CEO王璐介紹，上肢的難度在于，手部關(guān)節(jié)的細小和運動方向的復雜。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(guān)節(jié)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復，Roceso選擇以布料織物和橡膠為主的柔性材料。
另外上肢外骨骼設(shè)計起來更復雜還有另一個原因，就是上肢各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運動時的不確定性。下肢走路各關(guān)節(jié)的角度方向以及次序是可設(shè)定的，因此，對于下肢外骨骼來說，另一個好處就是步態(tài)學習。
從材料和關(guān)節(jié)驅(qū)動來看，外骨骼也可以分為柔性和剛性兩類。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(fā)難度主要體現(xiàn)在動力傳遞上，即如何安全準確的輸出力量，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(shù)據(jù)，識別出步態(tài)周期中需要助力的時間點，并自適應(yīng)各種行走模式。
外骨骼機器人的控制模型可以分為感知層、控制層和決策層。其中，控制系統(tǒng)需要確保外骨骼能快速準確的響應(yīng)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(yīng)不同操作者的運動特點，整體擁有較高的技術(shù)壁壘。
從公司定位來看，傅利葉智能并不算一家典型的外骨骼機器人企業(yè)，而是專注于研發(fā)多種形態(tài)的康復機器人公司，顧捷表示：“外骨骼機器人是從形態(tài)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(shù)角度來講主要用到機器人的技術(shù)、傳感器的技術(shù)、算法的技術(shù)，屬于比較寬泛的技術(shù)概念?！?
傅利葉智能商務(wù)經(jīng)理楊志豪告訴記者，傅利葉智能的外骨骼機器人產(chǎn)品的控制有好幾種模式，一種是被動模式，機器人本身設(shè)置了被動的軌跡，患者在穿戴上機器人后，可根據(jù)標準軌跡行走；另外也有主動模式，根據(jù)采集的力學信號，進行助力行走。
“不同模式針對不同康復期的使用者。被動模式是針對下肢完全癱瘓的，比如說脊髓損傷的患者，然后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(yīng)用場景不太一樣?！?
除了被動的軌跡訓練、肌電信號的捕捉，關(guān)于腦電形式控制行動的技術(shù)也正在突破，以期更好地進行人機交互。包括Roceso、布法羅在內(nèi)的幾家企業(yè)均在此技術(shù)方面有一定成果。布法羅已經(jīng)實現(xiàn)使用肌電、腦電、肌腦電混合的技術(shù)產(chǎn)品化，并在CCTV1的機智過人節(jié)目中展示了以上技術(shù)。
主要用于步態(tài)障礙，外骨骼可一定程度恢復行走能力
隨著我國老年化進程加重，腦卒中患者數(shù)量持續(xù)上升。據(jù)2017年《中國腦卒中防治報告》公布的數(shù)據(jù)顯示，我國每年約有246萬腦卒中新發(fā)人群，并以每年8.7%的速度持續(xù)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(shù)據(jù)也僅僅是需要康復的人群中的一部分，在外骨骼機器人的適應(yīng)癥方面和功能方面，一般應(yīng)用于由腦卒中、腦癱、帕金森、脊髓損傷等神經(jīng)退行性疾病引起的步態(tài)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(chuàng)始人兼CEO帥梅在機器人領(lǐng)域深耕了十幾年，她認為，研發(fā)外骨骼機器人真正幫助到無法行走的患者康復，一定程度上是“康復一人幸福全家”。
“對于腦卒中病人來說，這些障礙可以通過康復訓練的方式得到改善，甚至恢復。因為大腦是具有可塑性的，通過重復性的大量的訓練，大腦里面會形成新的神經(jīng)回路，癥狀得到改善，這就是所說的康復訓練。”
目前，大艾機器人與與國內(nèi)頂尖的康復團隊合作（北京積水潭醫(yī)院、北京宣武醫(yī)院、301醫(yī)院、國家康復輔具研究中心等），已進行了2000例臨床患者應(yīng)用，據(jù)帥梅透露，目前機器人應(yīng)用的康復效果已有數(shù)據(jù)可證，數(shù)據(jù)將作為研究成果發(fā)表相關(guān)文獻。
王璐表示，在外骨骼用于下肢康復效果方面。國際上的一些會議有很多研究者用Rewalk或者用ekso來做研究。針對手部康復而言，有研究顯示，相比較單關(guān)節(jié)運動，針對日常生活行為(ADLs)的“腦部功能區(qū)域?qū)W習”，不僅會提高病人的積極性, 而且會提高康復效果。
“外骨骼的好處在于至少使患者動起來了，動起來之后至少患者體內(nèi)脂肪就，尤其腹部的脂肪就會減少，相應(yīng)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(yè)后，我們總結(jié)出，外骨骼這一形態(tài)的機器人主要針對腦卒中、外傷或術(shù)后神經(jīng)損傷所致肢體功能障礙患者，幫助截癱或偏癱的病人恢復上肢機能或下肢行動能力。
當然，在健康領(lǐng)域，也有利用外骨骼機器人增強人體運動能力的企業(yè)，如博靈機器人。據(jù)博靈機器人CEO張萌介紹，外骨骼機器人應(yīng)當是主動適應(yīng)、主動幫助人的機器人設(shè)備，因此，博靈機器人的使用場景并不局限于如康復之類的某一個具體的場景。
與醫(yī)療器械不同，博靈機器人目前瞄準了兩大場景，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(lǐng)域，通過為用戶提供外骨骼機器人產(chǎn)品，運動健身機構(gòu)能夠提供有效、量化的身體評估測量分析，并提供運動規(guī)劃，幫助健身房實現(xiàn)個性化服務(wù)，升級迭代。
除了步態(tài)障礙的康復外，創(chuàng)瑞基金投資總監(jiān)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(yīng)用，也是比較有前景的方向。
