春节期间科幻大片《流浪地球2》火热上映，这也带火了其中的黑科技——外骨骼机器人。

《流浪地球2》剧照中的外骨骼机器人

现实中，近些年来，外骨骼机器人已逐步开启商业化，应用于众多领域，尤其医疗。我国多次出台政策鼓励支持发展医疗外骨骼机器人。就在《流浪地球2》上映前不久，工信部等十七部门印发“机器人+”应用行动实施方案，明确大力支持发展外骨骼机器人应用于医疗健康、养老服务等十大重点领域。


外骨骼机器人的产生

20世纪60年代，美国军队为增强单兵作战能力而研发了外骨骼机器人。80年代，有研发团队基于外骨骼设备支撑人体、带动人体运动的功能，开始探索将外骨骼技术应用于医疗康复领域。

UC Berkeley外骨骼

然而，就跟《流浪地球2》电影里一样，这些外骨骼机器人都很笨重，多采用刚性体结构，较为庞大，适合固定场景中力量放大的应用。传统刚性外骨骼对于身体重量支撑和力量放大有着明显的效果，但将其用于康复治疗和日常生活的辅助，则存在着明显的局限性。


外骨骼发展新方向：

更轻便、更舒适、更智能的柔性外骨骼机器人

考虑到传统刚性外骨骼的局限性和日常生活场景的康复和辅助的需求，更轻便、更舒适、更智能的柔性外骨骼机器人成了新方向。2011年９月DARPA（美国国防部高级研究计划局）启动了“勇士织衣”的计划项目，研究者们开始了柔性外骨骼机器人针对于人体肌肉力量实时精准增强和辅助的相关研究。

Science期刊Vol 365封面：哈佛柔性外骨骼机器人

柔性外骨骼机器人一般由柔性外骨骼套装、柔性驱动系统、运动感知系统和智能控制系统组成。


（1）柔性外骨骼套装

外骨骼套装采用轻质、贴合身体、耐用的功能性纺织品，且在适当的位置加入硬质材料或弹性体，使其更好地贴合身体。碳纤维复合材料常常在柔性外骨骼机器人中作为关键辅助材料使用，如用来制备某些关键部件实现轻量化与高性能化，以及在特定位置实现柔性结构的增强与挺括。

Harvard柔性外骨骼


（2）柔性驱动系统

柔性驱动，是通过柔性绳索驱动、液压或者气动驱动柔性外骨骼套装，利用柔性结构传递动力，使得关节可以轻易地在没电机辅助的情况下自由活动。绳索驱动具有布局灵活、提升动态性能、占用几何空间少、适合仿生学设计等优点，是目前主流的柔性外骨骼的驱动方式。


（3）运动感知系统

运动感知系统由力传感器、角度传感器、陀螺仪或新型复合材料拉伸传感器等传感器组成，可精确收集人体生理和运动信息、感知穿戴者的身位姿信息、每个关节处的角速度和力矩，并反馈给控制系统。

Harvard柔性传感系统


（4）智能控制系统

柔性外骨骼是一个较为复杂的人机交互系统，其控制要像人体中枢神经系统一样具有智能性。跟传统刚性外骨骼简单的机械程序化不同，柔性外骨骼机器人通过人工智能算法、机器学习预测动作意图，提供更加智能地驱动和个性化地辅助。

斯坦福大学踝关节柔性外骨骼数据驱动优化

我国关于柔性外骨骼的研究起步较晚，进入商业化的产品更少。肌肉外甲Relink-ANK是远也科技自主研发的柔性外骨骼，也是国内唯一商业化的提供穿戴者主动训练、实时肌肉助力的下肢运动功能康复机器人。肌肉外甲Relink-ANK可为脑卒中、脊髓损伤、周围神经损伤等下肢运动功能障碍患者，提供主动训练和个性化康复治疗。

肌肉外甲Relink-ANK

随着机器人行业的不断发展，传统的刚性外骨骼机器人早已不能满足人们的需求，更轻、更舒适、更智能的柔性外骨骼机器人已成为可穿戴机器人行业的发展趋势，具有广阔的应用前景。未来，柔性外骨骼机器人将为越来越多的运动功能障碍者带来主动康复训练，让他们享受生活的自由和乐趣。