《流浪地球2》中的外骨骼机器人有多远?未来将大有可为!
我们在等待一个临界点,一个外骨骼机器人自重与负载重量的突破。
看过《流浪地球2》的人们,一定不会忘记,主角们所身穿着外骨骼装甲的样子。科幻小说中的描述,成为肉眼看到的「现实」。
没有一个科幻迷可以逃过对这一身装备的向往。当然,电影依旧是想象力的空间,但所描绘的外骨骼机器人,却真实存在。一个小花絮是,剧组由于各类外景装置道具又重又多,而选择了傲鲨智能的机器人协助搬运时,导演认为该机器人的美术设计风格,符合片子背景,邀请其「参演」。
这一次,不用等到地球需要流浪了才能接触到外骨骼装备了,现实生活里, “外骨骼机器人”们,其实并不遥远。
一、 从医疗到工业,从被动到主动
广义上的外骨骼机器人,最常见的使用场景,在医疗领域。许多罹患偏瘫疾病的患者,本身没有行动能力,在外骨骼机器人出现前,是需要治疗师匍匐在地协同训练,低效且合理。
而外骨骼机器人装置出现后,可以将患者装入机身,进行步行与腿部关节的相关训练。
从定义上来说,医疗康复型外骨骼机器人是“被动型外骨骼”,设计上偏向于约束性的,只有将患者的动作约束限制在合理的位置上,才能带动肌肉、关节等更好地进行复健训练等。
这也是傲鲨智能的创始人徐振华最初在外骨骼领域创业专精的方向。但在经过数年实践,并获得一定成果后,徐振华认识到,医疗康复型外骨骼机器人存在天花板。
“动辄几十万的售价,不是一般个体能过负担得起的,大多数还是在医院场景。并且技术已经开始遭遇瓶颈。”徐振华认为,外骨骼技术想要真正在社会层面产生价值并被广泛接受,首先需要迈过的就是价格关,其次就是应用场景。
细数业内公认的骨骼机器人的三大应用方向:医疗、军用、工业,工业市场的基础明显更大。工厂等场景的落地、推广甚至销售的难易度,都更有利于外骨骼机器人产业的发展。而工业场景,又是最容易实现规模化量产的。
而工业场景用的增强型外骨骼,更接近于我们认知的「单兵装甲」,是一种“主动型外骨骼”,在设计上更为强调开放性,在确保不影响人本身动作灵活性的前提下,在有助力需求的位置增加助力,在没有助力需求的地方使用欠驱动或耦合驱动等技术,最终增强人的力量和耐力。
就实际产品形态而言,目前工业场景的外骨骼机器人,可以分为腰部、上肢、下肢、全身等等协作、分离的类型,又根据能过提供的重量助力,可大致分为5-15KG的R1级、15-30kg的R2级、30-50kg的R3级与50kg以上的R4级。
与电影中类似的是,外骨骼机器人在工业场景最大的用途还是——搬运。对比起全自动机器人或者非标自动化,其最合适的应用场景,还是在于一些不确定性场景中的作业需要,特别是遇见非确定性任务时。
换句话说,外骨骼机器人适合使用的场景,是不固定、不标准的外部,比如露天场景、矿藏类型。尤其是具备大量人力作为劳动单位的行业。
二、工业场景,大有可为的外骨骼
在大众并不常见的部分行业,外骨骼机器人已经得到了广泛应用。以腰部外骨骼机器人为例,这类分体式外骨骼,可以通过电驱动增强人腰部力量,有效降低脊椎等职业病的出现。
傲鲨智能该类型产品,已经在物流、家电制造、航空、电力系统等不同场景落地。就徐振华介绍,如煤矿作业领域,传统人力单位平均负重达30-50kg,且每天弯腰超过1000次,可以在井下井上作业、管道铺设、维修搬运等场景进行助力。
“我们已经通过了欧盟的CE认证(安全合格标志),正在筹备出海。”徐振华认为,外骨骼机器人赛道,是一个漫长的过程。因为前方并没有清晰的道路,涉及到软硬件甚至原材料的方方面面,包括电机系统、减速系统、控制软件等等,都要一点点迭代摸索。
在外骨骼机器人不断迭代的过程中,有三个明确的关键词——低成本、稳定性、小型化。2019年,傲鲨智能初代腰部外骨骼机器人产品自重达10kg,可负载20kg,到现在的最新版产品,自重达5.8kg,可负载30kg。
就整个行业技术来说,国内外的差距存在,但并不断代。技术路线,都属于电驱动外骨骼,较为领先的德国、日本部分玩家,以及能过做到同等负载重量自重仅不到4kg的水平,虽具备优势,但还有赶超可能。
而傲鲨智能的创新之处在于,既有比如下肢外骨骼的足底压力系统、腰部外骨骼的集成数据手套系统等硬件层面的创新,又打造了可以实时观测数据IOT数据平台来方便综合管理。
其具体的产品解题思路,是将软件平台与硬件平台都尝试规模化设计。
硬件层面,用户可以自由选择腰部、上肢还是下肢等不同维度的助力,软件层面,跟随人体运动状态和外部环境,判断运动意图智能提供助力。进而能过为用户提供自由组装式的产品体验,自由选择自己需要适配的场景。比如机场场景,行李需要扫码枪人工扫码,后续完全可以集成摄像头等设备,节省人力。
“我们并不孤单。”就全球来看,外骨骼机器人领域同行玩家不少,比如欧洲最大的假肢供应商ottobock,围绕医疗康复、假肢等领域探索,又比如日本的INNOPHYS,主要针对711便利店的老年员工日常搬运产品使用,脱卸方便、使用简单,更接近于一种电动工具。
三、 走入大众生活,还有多远?
INNOPHYS的民用尝试,并非个例。比如三星、HONDA等企业,都在尝试医疗康复之外的外骨骼机器人。优先匹配的对象,是身体相对健康,但体力、耐力因为年龄下滑的正常老年人,帮助其行走、上下楼梯、甚至是在家里做一些简单恢复训练。
“但这类设备,无论是产品形态还是市场发展,都属于较早期阶段,主要原因还是成本问题”,在徐振华看来,外骨骼机器人民用市场最大的突破口,是在家庭中的应用。
就目前主力的工业场景,外骨骼机器人的应用,显然是对机器人和无人设备的有效补充,如日化、美妆等行业的工厂、物流场景,所面对的订单情况是变化的,需要随时调整,这注定了在零散、临时,必须要人力参与的场景,通过外骨骼机器人可有效改善工作环境、减少劳动力短缺、并减少对劳动者的职业伤害。
尤其是一线劳动力老龄化严重的日韩与欧美市场,在当地健全劳动法保护要求下,对于安全与健康的重视,使得工厂管理者与劳动者双端存在需求。
针对时下火热的AI浪潮,外骨骼机器人的结合方式,有明显不同。全自动设备、工业机器人设备与AI的结合目标,是完全取代人力,就目前来说,还较难实现。
而外骨骼机器人与AI结合的逻辑,是AI辅助人。可以通过一些AI学习,适应使用者的行为习惯进行配合,包括揣测行为习惯、预判后续动作,核心目的是让外骨骼机器人更好地完成人机交互甚至人机融合,来提高工作效率与安全。
外骨骼机器人的普及之路,也是一条技术攀登的道路。整体来说,国内外的软件方面的差距相对较小。软件取决于应用场景,场景足够多、训练数据足够多、数据库积累足够多,各家都会比较接近。
硬件层面,不同领域的专精企业,在一些工程细节与设计方面各有优势,比如ottobock对于人体的了解,使得其在力学设定方面存在壁垒。最大的问题还是芯片无法自产。就产品供应链来说,芯片层面之外,傲鲨智能几乎所有的核心技术产品都是自主研发的创立不过数年,傲鲨智能仅注册的专利、软件著作权就超过40个。
“我们在等待一个临界点,一个外骨骼机器人自重与负载重量的突破。”徐振华认为,这个临界点突破之后,会是一个大众接受的爆发点,这一过程中,国内玩家的追赶机会并不小。
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