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324在漫威的影片中，外骨骼機(jī)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(duì)CN171-11武裝成能夠搬運(yùn)重達(dá)數(shù)百斤的“火石”的“半機(jī)械人”；在現(xiàn)實(shí)生活中，也有人正在利用外骨骼，使失去行走能力、運(yùn)動(dòng)能力的人，重新恢復(fù)站立甚至行走的希望。
我國(guó)的康復(fù)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(dòng)能力受到影響的神經(jīng)退行性疾病龐大且迫切的市場(chǎng)需求，一面是資金投入少，康復(fù)機(jī)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(yán)重的不平衡催生了技術(shù)研發(fā)的動(dòng)力。
除了目前普遍應(yīng)用的末端牽引式康復(fù)機(jī)器人、懸掛式機(jī)器人，目前最先進(jìn)的康復(fù)機(jī)器人是可穿戴外骨骼機(jī)器人。它基于仿生原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)合人體工程學(xué)，可以穿戴于患肢。每個(gè)關(guān)節(jié)上都對(duì)應(yīng)有單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)裝置，患者佩戴后可以確保機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式和人體自由度同軸，可以實(shí)現(xiàn)更有效的康復(fù)訓(xùn)練。
在外骨骼機(jī)器人應(yīng)用于康復(fù)領(lǐng)域的治療時(shí)，這個(gè)充滿希望的技術(shù)發(fā)展到什么程度？市場(chǎng)化的程度如何？能夠解決什么樣的需求？在應(yīng)用的過(guò)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(fù)大多依靠人力，康復(fù)治療師稀缺
邁步機(jī)器人CEO陳功博士曾在鈦媒體公開(kāi)課中透露，我國(guó)康復(fù)產(chǎn)業(yè)不管是從人均康復(fù)理療師的數(shù)量還是康復(fù)流程，都是相對(duì)來(lái)說(shuō)落后的。在老百姓的認(rèn)知中，康復(fù)也不是一個(gè)很必要的概念。
在我國(guó)致殘率高達(dá)75%，而在國(guó)外只有30%左右，因?yàn)閲?guó)外有成熟的一套康復(fù)體系，脫離急性期后馬上進(jìn)行康復(fù)，只有少部分人會(huì)有殘疾。但是在我國(guó)，中風(fēng)之后就回家一躺，一躺就再也起不來(lái)了。
在腦卒中患者的癥狀中，步態(tài)障礙對(duì)人的獨(dú)立影響是最大的，同樣，在康復(fù)過(guò)程中，一個(gè)病人需要好幾個(gè)康復(fù)理療師輔助，對(duì)人力的消耗非常大。
而且在我國(guó)康復(fù)理療師的數(shù)量是嚴(yán)重不足的，根據(jù)我國(guó)中風(fēng)病人的數(shù)量，我國(guó)需要40多萬(wàn)的康復(fù)理療師，但是其實(shí)專業(yè)的從業(yè)人員只有兩萬(wàn)左右，缺口非常大。所以說(shuō)采用機(jī)器人來(lái)輔助人工進(jìn)行康復(fù)是一個(gè)必然的趨勢(shì)。而且在國(guó)外這種老齡化更嚴(yán)重、人力成本更高的地方，對(duì)機(jī)器人的需求也更加迫切。
機(jī)器人本身不知疲倦，非常適合高體力消耗、重復(fù)性的活動(dòng)。而且機(jī)器人可以內(nèi)置很多傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)人體的狀態(tài)，也可以做出評(píng)估，這樣的話也不需要依賴康復(fù)理療師的經(jīng)驗(yàn)或者知識(shí)背景。而且康復(fù)機(jī)器人可以預(yù)先植入多樣化的算法，可以實(shí)時(shí)根據(jù)人體的情況提供智能化的訓(xùn)練，達(dá)到更好的康復(fù)效果。
就醫(yī)用的市場(chǎng)規(guī)模（B端市場(chǎng)）來(lái)看，根據(jù)初心資本的統(tǒng)計(jì)與推算，2017年我國(guó)僅有康復(fù)?？漆t(yī)院552家；根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，2017年全國(guó)共有綜合醫(yī)院11701家，據(jù)公開(kāi)資料顯示，2017年我國(guó)綜合醫(yī)院中設(shè)立康復(fù)科的醫(yī)院比例在30%-35%，據(jù)此中國(guó)有康復(fù)科的綜合醫(yī)院約3500家-4000家。故我國(guó)對(duì)康復(fù)型外骨骼機(jī)器人有需求的康復(fù)醫(yī)院總數(shù)約為4000家-4500家。
因此，以一家醫(yī)院平均購(gòu)買1-2臺(tái)設(shè)備計(jì)算，中國(guó)康復(fù)型外骨骼機(jī)器人的存量需求約為9000臺(tái)，市場(chǎng)規(guī)模約在幾十億，較低的滲透率使得純粹面向B端市場(chǎng)規(guī)模較小。
而外骨骼機(jī)器人在C端市場(chǎng)的需求中，可以針對(duì)行走不便的老年人和無(wú)行走障礙的人群這三類提供服務(wù)。
根據(jù)初心資本的測(cè)算，對(duì)于輕度肢體殘疾人群來(lái)說(shuō)，其需求與老年人接近，參考助聽(tīng)器在聽(tīng)障人士中的滲透率：在我國(guó)約為5%，預(yù)計(jì)未來(lái)幾年內(nèi)助行外骨骼的滲透率可達(dá)1%，潛在需求量約為17萬(wàn)臺(tái)；根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017年我國(guó)老年人口數(shù)量達(dá)1.58億人，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)老年人口能夠達(dá)到1.8億。
與輕度肢體殘疾人群類似，預(yù)計(jì)滲透率為1%，潛在需求為158萬(wàn)臺(tái)；無(wú)障礙人群的助行市場(chǎng)需求則暫未到來(lái)。
外骨骼“玩家”，發(fā)展如何？
從形態(tài)來(lái)看，外骨骼機(jī)器人可分為大型外骨骼機(jī)器人和可穿戴式外骨骼。
大型的機(jī)器人比如瑞士Hocoma公司生產(chǎn)的Lokomat（被蝶和收購(gòu)），還有國(guó)產(chǎn)廣州一康的外骨骼，都是在減重跑臺(tái)的系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加外骨骼的功能。
這類設(shè)備單價(jià)較高，通常售價(jià)為數(shù)百萬(wàn)，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(lái)，腿部可以通過(guò)外骨骼帶動(dòng)下肢進(jìn)行步態(tài)康復(fù)訓(xùn)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(méi)有跑臺(tái)。
Lokomat Pro 專業(yè)型下肢康復(fù)機(jī)器人
可穿戴機(jī)器人國(guó)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(guó)Berkeley Bionics公司的eLEGS、新西蘭Rex Bionics公司的REX。國(guó)內(nèi)的創(chuàng)業(yè)公司，更多的也是研發(fā)可穿戴式機(jī)器人的企業(yè)。
HAL下肢外骨骼機(jī)器人（來(lái)源：HAL官網(wǎng)）
在這里我們統(tǒng)計(jì)了16家涉及外骨骼技術(shù)或外骨骼形態(tài)的機(jī)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(dòng)脈網(wǎng)，共同探討。
數(shù)據(jù)來(lái)源：動(dòng)脈網(wǎng)知識(shí)庫(kù)、企查查、IT桔子
從康復(fù)機(jī)器人類型來(lái)說(shuō)，上肢與下肢是兩個(gè)大類。其中外骨骼機(jī)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(huì)比較適用于臨床，現(xiàn)在康復(fù)機(jī)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(jī)器人在醫(yī)院的康復(fù)訓(xùn)練方面，是絕對(duì)的剛需，可以輔助治療師完成訓(xùn)練，家庭使用可以實(shí)現(xiàn)功能性的訓(xùn)練。
動(dòng)脈網(wǎng)記者曾經(jīng)采訪過(guò)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(fù)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(jī)器人解決方案為康復(fù)和日常生活中患有肢體運(yùn)動(dòng)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(xì)小和運(yùn)動(dòng)方向的復(fù)雜。手肘是比較接近下肢的180度運(yùn)動(dòng)，肩膀、手腕的運(yùn)動(dòng)維度可能360度都會(huì)有不同的方向。
而手指的難度在于每個(gè)人的手指關(guān)節(jié)都有不一樣的長(zhǎng)度和運(yùn)動(dòng)方向，所以剛性外骨骼不太適用于上肢的康復(fù)，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(jì)起來(lái)更復(fù)雜還有另一個(gè)原因，就是上肢各關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)時(shí)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(duì)于下肢外骨骼來(lái)說(shuō)，另一個(gè)好處就是步態(tài)學(xué)習(xí)。
從材料和關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)來(lái)看，外骨骼也可以分為柔性和剛性兩類。對(duì)于下肢來(lái)說(shuō)，要支撐偏癱、截癱甚至殘疾患者的整個(gè)身體，達(dá)到行走的目的，還是只有剛性材料才能達(dá)到支撐的強(qiáng)度。
柔性外骨骼的開(kāi)發(fā)難度主要體現(xiàn)在動(dòng)力傳遞上，即如何安全準(zhǔn)確的輸出力量，這又涉及到基于人工智能算法的模式識(shí)別。即通過(guò)穿戴傳感器數(shù)據(jù)，識(shí)別出步態(tài)周期中需要助力的時(shí)間點(diǎn)，并自適應(yīng)各種行走模式。
外骨骼機(jī)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(zhǔn)確的響應(yīng)人體的各種動(dòng)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(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，整體擁有較高的技術(shù)壁壘。
從公司定位來(lái)看，傅利葉智能并不算一家典型的外骨骼機(jī)器人企業(yè)，而是專注于研發(fā)多種形態(tài)的康復(fù)機(jī)器人公司，顧捷表示：“外骨骼機(jī)器人是從形態(tài)上定義的一類機(jī)器人，這是比較泛的概念，包覆在人的身體上的穿戴式機(jī)器人可以叫做外骨骼，從技術(shù)角度來(lái)講主要用到機(jī)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?xiàng)钪竞栏嬖V記者，傅利葉智能的外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品的控制有好幾種模式，一種是被動(dòng)模式，機(jī)器人本身設(shè)置了被動(dòng)的軌跡，患者在穿戴上機(jī)器人后，可根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)軌跡行走；另外也有主動(dòng)模式，根據(jù)采集的力學(xué)信號(hào)，進(jìn)行助力行走。
“不同模式針對(duì)不同康復(fù)期的使用者。被動(dòng)模式是針對(duì)下肢完全癱瘓的，比如說(shuō)脊髓損傷的患者，然后主動(dòng)模式更多的是針對(duì)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(chǎng)景不太一樣?！?
除了被動(dòng)的軌跡訓(xùn)練、肌電信號(hào)的捕捉，關(guān)于腦電形式控制行動(dòng)的技術(shù)也正在突破，以期更好地進(jìn)行人機(jī)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(shí)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(jī)智過(guò)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(fù)行走能力
隨著我國(guó)老年化進(jìn)程加重，腦卒中患者數(shù)量持續(xù)上升。據(jù)2017年《中國(guó)腦卒中防治報(bào)告》公布的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年約有246萬(wàn)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(dá)75%卒中幸存者存有著不同程度的運(yùn)動(dòng)功能障礙。
然而，上述數(shù)據(jù)也僅僅是需要康復(fù)的人群中的一部分，在外骨骼機(jī)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(gè)人如果失去了獨(dú)立行走的能力就需要專門找人去看護(hù)，對(duì)家庭來(lái)說(shuō)需要投入較大的看護(hù)費(fèi)用。北航教授、大艾機(jī)器人的創(chuàng)始人兼CEO帥梅在機(jī)器人領(lǐng)域深耕了十幾年，她認(rèn)為，研發(fā)外骨骼機(jī)器人真正幫助到無(wú)法行走的患者康復(fù)，一定程度上是“康復(fù)一人幸福全家”。
“對(duì)于腦卒中病人來(lái)說(shuō)，這些障礙可以通過(guò)康復(fù)訓(xùn)練的方式得到改善，甚至恢復(fù)。因?yàn)榇竽X是具有可塑性的，通過(guò)重復(fù)性的大量的訓(xùn)練，大腦里面會(huì)形成新的神經(jīng)回路，癥狀得到改善，這就是所說(shuō)的康復(fù)訓(xùn)練。”
目前，大艾機(jī)器人與與國(guó)內(nèi)頂尖的康復(fù)團(tuán)隊(duì)合作（北京積水潭醫(yī)院、北京宣武醫(yī)院、301醫(yī)院、國(guó)家康復(fù)輔具研究中心等），已進(jìn)行了2000例臨床患者應(yīng)用，據(jù)帥梅透露，目前機(jī)器人應(yīng)用的康復(fù)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(xiàn)。
王璐表示，在外骨骼用于下肢康復(fù)效果方面。國(guó)際上的一些會(huì)議有很多研究者用Rewalk或者用ekso來(lái)做研究。針對(duì)手部康復(fù)而言，有研究顯示，相比較單關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，針對(duì)日常生活行為(ADLs)的“腦部功能區(qū)域?qū)W習(xí)”，不僅會(huì)提高病人的積極性, 而且會(huì)提高康復(fù)效果。
“外骨骼的好處在于至少使患者動(dòng)起來(lái)了，動(dòng)起來(lái)之后至少患者體內(nèi)脂肪就，尤其腹部的脂肪就會(huì)減少，相應(yīng)地也會(huì)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(jī)器人主要針對(duì)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(fù)上肢機(jī)能或下肢行動(dòng)能力。
當(dāng)然，在健康領(lǐng)域，也有利用外骨骼機(jī)器人增強(qiáng)人體運(yùn)動(dòng)能力的企業(yè)，如博靈機(jī)器人。據(jù)博靈機(jī)器人CEO張萌介紹，外骨骼機(jī)器人應(yīng)當(dāng)是主動(dòng)適應(yīng)、主動(dòng)幫助人的機(jī)器人設(shè)備，因此，博靈機(jī)器人的使用場(chǎng)景并不局限于如康復(fù)之類的某一個(gè)具體的場(chǎng)景。
與醫(yī)療器械不同，博靈機(jī)器人目前瞄準(zhǔn)了兩大場(chǎng)景，一是當(dāng)用戶的行動(dòng)或運(yùn)動(dòng)能力有所下降時(shí)，通過(guò)幫助使用者提升運(yùn)動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)量的方式，來(lái)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(yùn)動(dòng)健身領(lǐng)域，通過(guò)為用戶提供外骨骼機(jī)器人產(chǎn)品，運(yùn)動(dòng)健身機(jī)構(gòu)能夠提供有效、量化的身體評(píng)估測(cè)量分析，并提供運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，幫助健身房實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)，升級(jí)迭代。
除了步態(tài)障礙的康復(fù)外，創(chuàng)瑞基金投資總監(jiān)李弘燚表示，針對(duì)正常人增強(qiáng)負(fù)重避免肌肉損傷或者柔性材料增強(qiáng)正常人的運(yùn)動(dòng)能力的外骨骼應(yīng)用，也是比較有前景的方向。
