「康知了」一文带你读懂全球康复外骨骼机器人

原标题:博灵机器人:有一个可以“穿”在身上的机器人是怎样的体验?| 创业

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一、 行业概述

行走助力外骨骼机器人

康复机器人目标是实现替代或辅助康复治疗师,简化传统"一对一"的繁重的治疗过程。

据 Analysys 易观发布的《中国服务机器人市场趋势预测 2017-2019》显示,2018 年中国服务机器人市场规模将达到 122.9 亿元人民币。如何借力 AI 分这块大蛋糕呢?

目前康复机构配备主要是多自由度的牵引式/悬挂式康复机器人,但近年来在此基础上技术升级的穿戴式康复机器人即外骨骼机器人异军崛起。

“如果说在我的朋友圈里,让大家投票选出最不可能创业的人,这个人一定是我。”博灵机器人创始人张萌说。

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这个带有典型理工科技术气息的清华学子,将最近六年的时间贡献给了国际上顶尖的工业机器人公司、协作机器人的开创者 Rethink Robotics。直到某位在清华执教的师兄对张萌所在的这家机器人公司的造访,打破了其平静的职业生涯。“师兄问我是否考虑回国创业,博灵的故事便从这里开始。”张萌说。

外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算,为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。

2017 年,定位为外骨骼机器人和健康管理与干预训练整体解决方案提供者的博灵机器人诞生了。对于张萌这个技术人来说,要一个人撑起整个项目商业落地的话的确会感觉“赶鸭子上架”。“创业往往不是一个人能够做得成的事情,兼懂技术、运营、市场、销售、财务的全才可遇而不可求。”因此博灵汇集了一批来自美国、英国、法国、中国顶尖学校机器人专业、运动医学专业、人工智能专业专家,及拥有丰富本土运作经验的运营团队。博灵的愿景是凭借其世界先进的控制系统、人工智能等机器人核心技术,致力于外骨骼机器人的创新研发。产品将应用于大健康领域下的健康管理、医疗康复多个子领域,并希望通过研发的各类机器人产品为人们提供更美好的生活。

外骨骼康复机器人在康复及疗养领域上有着巨大的潜力,这类系统不仅能够对行动障碍进行治疗,也能够对自闭症类群、多动症等社会障碍进行干预治疗,未来还将在孤独老人陪护、推迟老年痴呆症的发生等方面发挥独特的作用。

其实,根据博灵的定位,我们很容易将其理解为康复机器人。毕竟,说起外骨骼机器人,如傅利叶、大艾、司羿智能等品牌为代表的康复型外骨骼机器人更容易让人理解。那么,这也是博灵的打算吗?张萌解释道:不全是。

二、 外骨骼康复机器人行业概况

据他介绍,博灵的定位是大健康领域的服务机器人而不是康复机器人。严格来说,康复机器人算是服务机器人这个领域的一个子分类。“医疗康复市场有自身的特点,市场教育需要花时间,时间成本和经济成本都相当高。与之相比,从其它方向切入的市场成本会低一些。当然,康复机器人作为医疗服务机器人一个主要的分类,我们也会以其来建立品牌价值和技术壁垒。”张萌说。简单来说,与很多直接切入康复市场的机器人公司不一样,博灵的市场策略是循序渐进,从大类别切入,再在细分市场站稳。

外骨骼机器人以其独特的优势在残疾人辅助及后期康复替代传统康复机器人潜力巨大。

当然这样的考虑也和张萌的个人经历相关,“我之前做的是工业机器人,服务机器人在和人直接交互这方面可以从工业机器人借鉴很多技术经验。”其次,市场表现方面也让张萌感觉该领域可大有作为。”服务机器人领域下的大多数行业都处于早期阶段,现在大家都在寻找各类服务机器人真正的应用场景。”张萌介绍道。另一方面,因为人工智能、物联网、大数据等技术的推动和政策、资本的助力,目前,服务机器人市场发展势头非常迅猛。根据 Analysys 易观发布的《中国服务机器人市场趋势预测 2017-2019》显示,2018 年中国服务机器人市场规模将达到 122.9 亿元人民币,同比增长 27.2% 。

外骨骼机器人基于仿生学和人体工程学的设计使其拥有末端牵引式康复机器人无法比拟的治疗效果与用户体验,不仅适合康复中心等机构用户,而且在个人用户普及方面显示出巨大潜力。

前不久,刚成立一年左右,且已完成千万元天使轮融资的博灵已经推出两款可穿戴式健康管理协作机器人:行走助力外骨骼和运动数据采集外骨骼。

在残疾人辅助方面,美国早在2013年就有超过27万瘫痪患者,初步估计已有高达189亿美元的市场空间;在后期康复方面,根据美国瘫痪协会统计,87.1%的病人的中后期康复选择在家解决,因此外骨骼机器人在此领域的前景更为广阔。

据悉,外骨骼机器人将机器人的“体力”与人的智力结合,将感知、规划和执行融为一体。博灵在此款机器人中应用了柔性关节驱动技术,据悉,其是全球首发柔性关节驱动技术服务机器人。“我们能够做到柔性可调,而且是在一个相当大的范围内。”张萌介绍说。此外,博灵也通过传感器和算法,收集使用者行走时的运动数据,准确获取姿态信息,以此重建高精度的人体运动模型,模拟人体接下来的步态,进而帮助使用者进行健康评估。行走助力外骨骼覆盖了康复所需的主要功能:姿态检测、行走助力、姿态矫正,完全具备进入康复领域的潜力。

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行走助力外骨骼主要的应用方向是养老等大健康应用场景,主要客户是养老机构。“当人的行走能力下降时,活动量也相应下降,在经过了一个拐点以后,他的体重管理、健康管理就会成为非常大的挑战。所以我们希望用这种方式,在拐点到来之前,帮助更多的人维持运动量,提升生活品质。”张萌表示。比如一位老人需要活动的时候,穿戴上这个设备后即可在动平地、楼梯、上下坡等常见地形独立、自由地行动。而在使用过程中,人工智能技术会自主分析采集到的数据,机器人会逐步更加了解人的使用习惯,越来越懂佩戴者本人的需求。

国内康复机器人行业尚处于机构用户普及阶段,进入到临床应用的只有牵引式/悬挂式康复机器人,外骨骼康复机器人行业保守潜在市场空间约180亿。

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我国包括脑瘫、偏瘫、截瘫等后遗症在内的下肢运动功能障碍残疾人有近1500万,因衰老所致步行能力丧失的失能老人近4000万,同时每年脑损伤、脊髓损伤新发2000多万患者。

运动数据采集外骨骼机器人

而亟需康复技术人员约35万人,但从事康复工作的专业人员还不到2万人。因此,增加外骨骼康复机器人来协助进行康复训练意义重大。

另外一个是健康管理协作外骨骼机器人,主要应用于运动健身领域,主要客户是一些健身场景的用户等。通过采集佩戴者的运动数据,可以帮助运动者更好地检测和评估运动行为,测试运动表现和运动能力,预防运动伤害,给出个性化的运动方案指导。比如说用户进入到健身场景,穿戴好产品后,系统会引导使用者经历一整套体适能评估流程,随后基于这些数据给出建议和运动规划,用户可以在移动端 App 上看到相关的报告和建议。

三、 国内外主要外骨骼康复机器人盘点

值得注意的是,这两款产品实现了检测、评估到干预的闭环,这在外骨骼机器人实践中是一个很新的尝试,目前更多的外骨骼机器人主要集中在助力行走这一个单独的功能方面。

现有的康复机器人,按照针对躯体的部位可分为:上肢机器人,下肢机器人;按照功能划分可分为康复训练机器人和辅助行走机器人。

我们可以发现,上述两款产品的逻辑和现在的智能手表等智能硬件类似。张萌非常认同的表示,目前所有的智能硬件公司简单来讲都是数据公司。“纯卖硬件的时代已经过去了,现在是智能硬件时代。硬件会产生相当多的数据,这些数据会产生更大的能量,再以服务的形式反馈给使用者。”张萌认为:硬件不应该是整个商业模式的终点,而应该是起点。“我们希望以硬件作为终端和载体来提供完善且完整的服务。”他表示商业模式上目前正在考虑如何以服务为导向。

形象的说,康复训练机器人就是教你怎么去走,辅助行走机器人就是帮你一步步走。康复训练外骨骼机器人有以下几大知名品牌:瑞士Hocoma、美国Woodway、中国大艾等,辅助行走外骨骼机器人主要有:以色列Rewalk、美国EKSO、日本Cyberdyne、新西兰Rex Bionics等。

而抽丝剥茧的说,博灵本质上是一家 AI 公司,这决定了数据的收集和运用是公司成功的关键。张萌认为做好这两件事的关键是:一,收集大量、多维度、有用的数据;“如果担心数据质量,我们就需要让作为节点的独立硬件自身拥有能力去过滤垃圾数据,同时保证上传的数据是稳定的、可靠的、有效的、匿名化的。”二,用最好的算法进行分析。在这方面,张萌强调人工智能算法的加入应该透明到让用户几乎感觉不到。“我们一直认为人工智能的存在感应该很弱才对,对于普通的使用者来说,它不应该是一个非常突兀的存在,而是让一切变得更加自然。用户穿上以后,想走就走,想停就停。”他说。

(一)辅助行走外骨骼机器人

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1、ReWalk:全球首家获得FDA 的外骨骼机器人

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以色列Rewalk科技公司是全球民用外骨骼系统龙头,该系统的主要用途是协助下肢瘫痪的病人能够再次站立行走。

ReWalk于2012年获得欧盟认证。2014年ReWalk的外骨骼产品通过了美国药物与食品管理局(FDA)的审批。

目前,ReWalk Robotics 旗下共有两款产品,分别是ReWalk Personal和ReWalk Rehabilitation,前者主要针对个人用户,适合家庭、工作或社交环境中使用,帮助患者站立、行走和爬楼。

后者则是针对机构用户,用于临床修复,为瘫痪患者提供物理治疗方式,包括减缓瘫痪导致的肢体疼痛、肌肉痉挛、帮助肠道消化系统、加速新陈代谢等。

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Rewalk Personal 6.0 

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Rewalk Rehabilitation

Rewalk作为第一个通过美国FDA的医疗外骨骼系统,最为独特的一项功能就是拥有“自然步态”——能够提供一种更自然的行走功能。

所谓自然步态就是外骨骼系统能经过一段时间的磨合之后根据使用者的行走习惯和肌肉运动进行精密计算,最终“模拟出”最适合使用者的步态和移动速度,目前全球只有 Rewalk的产品具备这项功能,同时这种用到的核心设备倾斜传感器技术专利到2021年才到期。

2、Ekso Bionics:军事、医疗多方位发展的外骨骼机器人

EKSO是美国的一家企业,创立于2005 年,2012年拿到FDA医院使用许可,ESKO 因为有美国国防部背景,所以在军事、民用、救援、医疗进行了多方位的尝试。

在医疗方面,ESKO已有两款医疗外机械骨骼于2012年上市,使用了铝合金、钛合金、碳纤维等金属和复合材料,创建了高精度的感应器、微型驱动马达、拟人关节,配备了速度极快的中央处理器和强大的软件系统。

目前用户可根据自身的情况和康复进度选择3种不同的康复模式: FirstStep(康复治疗师辅助进行)、ActiveStep(用户自主控制模式)和 ProStep(自动感应用户身体动作触发每一步)。

Ekso产品的最大优势是得力于美国军方的肯定,常年与美国国防高级研究计划局DRAPA 有合作项目,在开发军用设备方面与洛克希德马丁公司也有合作。

Ekso在军事上研发的产品Bleex使美国军方产生了极大兴趣,DARPA为此进行了相关拨款。随后Ekso开始涉及医疗外骨骼机器人,在医疗方面产品质量非常过硬,制造材料全都是同级别中最先进的,由此也带来了高成本的问题,Ekso产品的单价比Rewalk昂贵得多。

Ekso Bionics

3、Cyberdyne:意念控制的外骨骼康复机器人

2001年,日本筑波大学三阶吉行教授和他的研究小组正式推出了HAL(Hybrid Assistive Leg)系列混合助力腿外骨骼机器人,用户全身都可以穿戴外骨骼机器人。

2008年HAL正式发布,2013年成为全球首个获得安全认证的机器人外骨骼产品(ISO/DIS 13482)。

2014年3月,Cyberdyne在东京上市,是日本首家生产医用及社会福利事业用机器人的公司上市。公司2013年接收到诊所使用的CE认证,积极推广在欧洲的市场,目前打算申请美国FDA认证。

HAL作为助力外骨骼机器人最大的优势是“实现意念控制”,即大脑向筋骨系统发出的运动指令而动作,身体在动作的时会有微弱的生物电位信号溢出到皮肤的表面,采集皮肤上的生物电驱动外骨骼系统做相应的动作的,外骨骼可以通过这套系统探测人体肌肉的发力点从而介入工作。

除此之外,工伤保险+租赁的组合使用方式成为它又一大优势,在德国,使用机器人套装HAL的治疗已经可以使用工伤保险,同时患者可以支付5200美元左右的初期导入费后,就能够以每月大约1700美元的价格进行租赁使用。

目前日本政府已将其列入“日本 Life Innovation 大国战略发展计划”,如果美国FDA审批能顺利通过,Cyberdyne将有望实现巨大盈利。

4、Rex Bionics:无支撑式独立行走外骨骼康复机器人

Rex Bionics是新西兰的公司,Rex最大的优势是支持无支撑式独立行走,外骨骼的操纵杆安置在扶手内,操作无需手臂力量,适用于更广泛的顾客群体。

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表面采用了坚固的轻质材料,从下至上的多处尼龙搭扣以及腰间的宽腰带将使用者的身体与外骨骼捆绑在一起。为了兼容轮椅的操控习惯,Rex用腰间的两个操纵杆进行姿态控制。

Rex重量为38公斤,由一个轻便充电池提供动力,充电一次可全天使用。每个Rex装置都是为病人度身订造的,预计售价最少约15万元。Rex是唯一一家无需拐杖支持的自助式设备,适用于四肢瘫痪患者,即便是下肢瘫痪患者,也可以彻底解放双手。

5、松下外骨骼:充气式与软体式外骨骼机器人

松下充气式外骨骼,肘部和腕部装有传感器控制8块人造肌肉,人造肌肉内装有压缩空气,用于挤压瘫痪的部位,帮助偏瘫患者。

当外骨骼的传感器检测到使用者弯腰举起重物时,电机通过传动装置为人体的四肢提供外部动力,减少人体的负担,实时分析使用者的活动信息,并给予恰当的力量辅助,让你用很小的力就可以搬起各种重物。

今年10月,松下公布了一项研究外骨骼在医疗上的研究成果,通过运用软体机器人原理,这套人造外骨骼可以支撑多种人类肌肉运动,包括转身等常规外骨骼无法实现的动作,是第一款可以使穿戴者转身的外骨骼。

传统外骨骼只能依靠连接处轴的转动来对穿戴者提供支撑力,这也就意味着其形变范围非常有限。而软体塑料线不受连接轴的限制,拥有更大的形变范围,因此穿戴者可以转身、扭动跨步。

它的核心功能还在于可以通过腰部集成的传感器对人体姿势进行检测,方便不同行动之间的模式转换,不碍事也不会造成损伤。

6、PhoeniX:最轻的行走外骨骼

2016年加州公司suitX发布了可移动机械外骨骼PhoeniX,主要面向的是残疾人士,其利用发动机帮助穿戴者移动双腿。

早在2005年suitX就与已经成为外骨骼产品市场领导者的Ekso Bionics合作,目前客户主要为脊髓损伤患者、运动损伤患者、大脑麻痹患者和体力劳动者,面向家庭、社区包括儿童在内的各个年龄阶段的患者。

PhoeniX最大的特点在于极简,这个行走的外骨骼,脚下没有传感器,膝盖没有制动器,重量只有12.25kg。极简的设计外加先进的嵌入式智能微小组件是PhoeniX能够控制其重量和成本的重要原因,外骨骼设计采用模块化设计,主要分为一个髋关节模块,2个膝关节模块和2个脚模块,客户可以单独使用或连接在一起,形成一个完整的系统,模块化的外骨骼设计能够使患者身体的每个部分都动起来。

这不仅削减了不必要的重量和体积同时也会让电池的寿命延长,在完全组装安装,充电完成的状态下可以不间断连续4个小时的行走,最高步行速度达到每小时约1.8公里。Phoenix目前还在等待FDA的批准,在美国市面上出售的价格约为四万美元。

7、 Soft Exosuit:与众不同的柔性外骨骼

DARPA(美国国防部高级计划研究局)与哈佛大学的生物工程研究所签订了290万美元的合同,用于开发柔韧的机器外骨骼装置,增强士兵和普通人的力量,帮助行动不便和瘫痪人士重新站立起来。

所开发的装置被称为柔性机器护甲(Soft Exosuit),其功能与其他机器外骨骼装置差不多。但不同之处在于,柔性机器护甲不像之前的装置那么笨重,而是会很轻具有柔韧性。它由编织成带状的纺织物组成,能包裹在使用者的腰部和腿部,内置微处理器、传感器和能源。此外,腰部还会置入马达,用于提供力量和机动性。

8、尖叫科技:人工智能的外骨骼辅助系统

尖叫科技于2015年成立,专注人工智能机器人外骨骼辅助系统开发,包含硬件和云端平台。

尖叫科技外骨骼机器人为开放式的机械外骨骼平台,通过硬件和软件二者的协作,由环境传感器、人体传感器和动力结构构成的硬件,加上人机交互指令与算法和云端引擎构成的软件,实现了类似人类“植物神经”的独立运行平台,具有身随意动的自动反应能力和承载能力。

与市场大多产品不同的是尖叫科技不依赖纯编程技术,而是通过人工智能和深度神经网络学习技术,实现高级人机交互和智能化的外骨骼产品。

目前,尖叫已经推出推出下肢版和腰部版外骨骼两款产品,即将进入临床和报备,其中下肢版主要针对下肢助力和康复训练,产品重量10斤左右,续航能力在5天左右,足以满足一般的康复需求和家庭场景的使用。腰部版则针对腰部助力和康复训练。2014年宣布获得3000万元Pre-A轮融资,曾在2014年被OFweek机器人网评为全球外骨骼机器人十强。

9、迈步:全球首次采用柔性驱动器 价格仅为国外同类产品1/3

迈步机器人成立于2016年,是一家从外骨骼机器人切入市场的初创企业,帮助下肢运动功能障碍患者重新获得行走能力。

今年4月份完成使轮融资,由联想创投集团领投。相比于其他外骨骼机器人,迈步机器人的外骨骼最大的优势是采用了柔性驱动器以及和此驱动器相匹配的控制算法,可以提供精确稳定的人机交互控制,极大的提升安全性和舒适性。目前现存的外骨骼机器人产品均采用的是刚性驱动器。

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