机器人能干什么事情(科技前沿丨科幻电影中的“扛把子”外骨骼机器人 戏里戏外都酷炸了)
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机器人能干什么事情(科技前沿丨科幻电影中的“扛把子”外骨骼机器人 戏里戏外都酷炸了)
封面新闻记者 谭羽清 边雪 部分图片由被访者提供
《流浪地球2》中，太空电梯里的韩朵朵穿上机械手臂，一拳击飞反叛军的画面，给很多观众留下了深刻印象。作为“移山计划”中必不可少的装备，影片中时而出现工作人员穿戴外骨骼搬运重物的场景，也从细微处将电影氛围烘托得科技感十足。
韩朵朵穿上机械手臂（图片来源于网络）
现实生活中，我们有可能拥有外骨骼机器人这样酷炫的装备吗？在小说、游戏和影视中一直广受读者和观众追捧，在诸多电影中多次出现的外骨骼机器人，早已“实实在在地”走出荧幕、走进现实。“外骨骼机器人已在医疗、智慧康养、工业等多个行业有所应用，未来发展也会更趋向于平民化。”电子科技大学人工智能研究院副院长程洪教授告诉记者。
揭秘电影里的“黑科技”道具：都是真家伙
“外骨骼并不是一个假的道具，是可以派上用场的，当时我们想说不定还能帮助剧组人员去搬东西，减少大家工作的体力问题。”傲鲨智能创始人兼CEO徐振华在接受封面新闻专访时表示，在《流浪地球2》中，傲鲨智能提供给剧组9台外骨骼机器人，包括上肢、腰部和下肢的外骨骼机器人，剧中工作人员穿戴的外骨骼都是实际中可用的产品。“原本剧组打算连电影中使用的道具也让我们做，但是只有短短两三个月的时间，而科技产品的研发和制作周期都相对较长，我们担心做出来的产品会拖延时间，所以当时把已有的九套设备提供给了剧组拍摄。”
《流浪地球2》中工作人员佩戴外骨骼（图片来源于网络）
据徐振华观察，角色韩朵朵使用的外骨骼机械手臂应该是道具，“从外骨骼的原理和设计角度上来讲，要做出这么一个东西，目前技术是完全可能的，但它会比较大型，在商用环境中可能会用得比较少。”
回归现实，目前市面上的外骨骼主要分为两类，一种是针对特定关节性助力的人体增强类的外骨骼，这种外骨骼主要是用来增加人的力量，拓展能力上限；另一种则是康复类外骨骼，主要用于医疗康复领域，比如辅助瘫痪病人行走。
北京铁甲钢拳科技有限公司创始人兼CEO王潮告诉记者，目前外骨骼一般从控制系统方面可分为两类，纯人力做功外骨骼和人机共同做功的外骨骼。前一种就像一台“穿戴型挖掘机”，没有任何智控系统，工作时基本上是单纯从人的身体上收集信号，然后做力的放大。而后一种外骨骼具有一定的智能系统，能识别人的运动信号、判断人的运动意图，然后和人协同做功。
王潮穿戴外骨骼
这两种外骨骼都有自身的优势和劣势，人机共同做功的外骨骼具有重量小、便于佩带的特点，一套外骨骼甚至可以轻致几十克到几百克，但因为它的智能系统无法完全屏蔽非使用者发出的力信号，容易产生误判，而纯人力外骨骼虽然没有这种缺陷，因为自重过重，目前应用没有人机共同做功外骨骼广泛。
据王潮介绍，按照力量的传输方式，工业类或助力类外骨骼的运作原理可基本分为纯电动、液压和气动三类，其中纯电动外骨骼依托于底层技术的提升、底层材料的升级以及便于维护等各方优势，正在慢慢成为市场的主流产品，“至少在C端消费级还有工业批量上有比较明显的趋势。”
此外，目前市面上的外骨骼本质上基本都是电力驱动，“即使是液压也只是以液压作为传动的方式，本体的能量供给，包括产生最开始的动能的元器件可能都是电机。”
与机器结合 在工业、医疗等领域弥补人类缺陷
其实自19世纪，人类就开始了对外骨骼机器人的研究探索，如今它已经进入了各种领域，其中在工业和医疗领域表现最佳。
在工业领域，外骨骼机器人常被用于在矿山、机场、建筑工地、野外等场景辅助人们进行搬运工作，“野外环境没有一个很好地安装面，这导致了没有办法使用目前的标准的机器人去做这些事情，所以目前大部分这种情况都是靠人力去完成。”徐振华说到。
在外骨骼的帮助下搬运重物
在他看来，工业活动中人和外骨骼机器人的结合，一方面让人弥补了体能、耐力上的弱点，一方面又让机器变得更加智能灵活，达到了取长补短的效果。对此，王潮也有相似的看法，相对于机器人+人工智能的“给力量以智慧”的方案，在很多多变的场景其实人+外骨骼的“给智慧以力量”的方案其实更加适合。外骨骼本身是用来满足人的缺陷，不管人有什么样的缺陷，其实都可以通过外骨骼让你变得更好，更强。
据程洪介绍，在医疗领域外骨骼多用于辅助康复，“比如说节瘫患者下肢外骨骼，因为患者脊髓损伤以后不能运动，通过大脑传递行走的信号时传递不下去，也无法支撑肌肉骨骼运动，这个时候借助外骨骼机器人，根据患者下达的控制指令，发送到外部计算机，来控制外骨骼机器人模拟人的行动步态，从而带动患者来进行站立和行走的训练，这大概就是外骨骼机器人在医疗康复领域运动的基本原理。”
医疗康复类外骨骼
因市场需求广泛，医疗类外骨骼机器人也得到了持续地开发。“站立是人类的本能，跑步、行走等动作更是人类健康的需要。”程洪解释道，如果我们每天都坐在轮椅上，或者躺在床上，会骨质疏松，或造成人体整个机能下降。所以开发外骨骼机器人也是为了让有需求的患者“站起来”“走得好”。
外骨骼虽然已有一定的发展历史，但作为一个典型的“交叉学科”，它目前仍存在着许多需要攻克的技术难点，程洪认为如何将机械结构、自动化、计算机、医学、生命科学等多学科领域，在高度交叉时更好地相互融合就是外骨骼机器人发展的难点之一。
此外，对于医学领域的外骨骼，如何让患者穿戴得更舒适也是需要持续探索的，“比如你穿鞋子，对不同的材质和大小，穿起来会有很明显舒适或者不舒服的感觉，外骨骼（机器人）也是类似的，而且它穿戴的范围是全身的，这个舒适感的要求就会更高。”
王潮则看到外骨骼的技术难点和机器人的非常像，主要集中在动力模块，电池、算法平台以及材料四方面。例如，在作为控制系统的算法平台方面，目前外骨骼行业中并没有一个统一系统，“其实这也是外部的一个难点，简单来说就是你收集的信息越多，虽然你对用户的运动判断会越准，但随着收集信息的增多，出错的概率也会增大。所以你的算法平台到底是不是足够稳定，其实就看在你收集足够多的信息之后，能不能作出正确的判断。”
展望未来 外骨骼可能帮你拥有“第三只手”
对于外骨骼机器人的未来，三位被访者都认为前景广阔。徐振华认为，除了工业以外，外骨骼将更多赋能人类的生活。“比如说一些养老的产业，或者是说登山徒步，还有水下的一些作业，都有可能会涉及外骨骼。”
“我觉得中国是最适合发展外骨骼的国家。”王潮认为，中国人力成本和生产架构的特点都让人机融合的方案成了提升生产力的最优解。“在不改变现有场景的情况下，外骨骼能让人变得更好更强，还能在工作中给他更好的保护，减少损伤，从而提高生产效率。”巨大的市场需求加上中国强大的生产链、供应链，为外骨骼更高级新技术的孵化提供了很好的环境。
中国人口老龄化进程加快将刺激老年人对外骨骼机器人的需求增长。根据国家卫生健康委、全国老龄办发布的《2021年度国家老龄事业发展公报》显示，截至2021年末，全国60周岁及以上老年人口2亿6千多万人，占总人口的18.9%。
“从全球范围来看，虽然国外起步较早，但是现阶段，外骨骼机器人在我国的商业化程度反而要更好一些，尤其在康复医疗领域。”程洪表示，虽然现在还较难实现，随着外骨骼机器人相关技术发展，在医疗领域，行动不便的失智老人是完全可以有望站起来行走的。针对截瘫、偏瘫的各年龄段患者，都是外骨骼机器人的发展方向。
设计“炫酷”的外骨骼
外骨骼在未来不仅会通过降低价格、提升性能等方式走进更多应用场景，还可能与更多技术融合发展帮助人类弥补自身缺陷，甚至“进化”成新的形态。王潮：“未来外骨骼可以和很多新技术结合。比如说我们曾做个一个实验，在外骨骼上加了一个脑电接收装置，然后通过脑电的信号去控制外骨骼上面的一个机械臂。未来，除去外骨骼增强了你的双臂之外，你可能还会有第三只手。”
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