聊一聊外骨骼机器人

用户头像
Simons666
 · 湖北  

引言

最近做票还可以(最大的幸运是中旗停牌前一天买到),也慢慢浮躁了起来,很难沉下心写出之前那种全面的文章,但是看到市场上对外骨骼机器人还是有很强的误解,有很大的预期差,还是费点心力写篇文章以正逻辑。

先说说我眼中的未来的外骨骼机器人:

它一定是人类如臂使指

帮助站立困难患者站起来

帮助行走困难者走起来

帮助运动困难者跑起来

帮助所有人披着科技,用着科技,有着第二幅躯体!

科技的未来一定要定位辅助人类

而不是完全替代人类!

一、概念

在描述外骨骼机器人之前,先搞懂几个概念(这里参照国际标准化的定义):

机器人:机器人是一种能够通过编程和自动控制来执行诸如作业或移动等任务的机器。

外骨骼机器人:外骨骼机器人是综合运用了各种科学技术如控制论、机械电子学、生物学、医学、信息学、电子学、物理学、数学等结合机械结构、传感器和智能控制系统的可穿戴设备,旨在增强人体运动能力或辅助行动障碍者。

拆分一下这四个概念:

机械结构:轻质合金或碳纤维框架,贴合人体力学(如仿生关节设计)。搞清楚没,你在x宝看的几百块一副的顶多算个机械结构。

传感器:传感器是能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求的检测装置。其主要目的是让物体有了触觉、味觉和嗅觉等感官,让物体变得活了起来,传感器是人类五官的延长。

智能控制系统:智能控制系统就是在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。

可穿戴设备:可穿戴设备即直接穿在身上,或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备,更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。

二、外骨骼机器人的核心组成

外骨骼机器人最起初的灵感是来源于昆虫的外骨骼,仿造外骨骼来做出外部机械结构来支撑人体。而随着芯片与计算能力的发展,穿戴外骨骼机器人更能做到与人体关节同步运动,来提供动力辅助或阻力调节。每个组件的不同导致外骨骼机器人的作用也不同,我画了个图归纳总结了下当前的外骨骼机器人的核心组成:

机械结构:

轻质合金或碳纤维框架,贴合人体力学(如仿生关节设计)。

智能传感网络:

肌电传感器:检测肌肉电信号预判动作意图(如HAL外骨骼)。

惯性测量单元(IMU):实时追踪身体姿态变化。

智能控制系统:

自适应算法:根据步态分析动态调整助力大小(如EksoGT医疗外骨骼)。

机器学习:通过用户数据优化助力模式。

智能执行单元:

通过智能控制系统转化的控制参数驱动机械结构运动。

智能驱动系统:

电机驱动:精密控制但力量有限,常用于医疗康复。

液压/气动:高功率输出,多用于军事或工业场景。

三、工作原理

通过上面的核心组成,大家应该也能明白外骨骼机器人的工作原理,总结起来也是四步:

动作捕捉:智能传感网络比如表面的EMG传感器在肌肉收缩前50-100ms检测神经信号,并传递到智能控制系统进行分析;

实时处理:控制系统在极短时间内完成信号解析-计算-响应多重循环,并计算出最优解;

动力输出:智能控制系统请求智能驱动系统进行供能并提供峰值扭矩,比如80nm的髋关节助力,进而传递至智能执行单元;

动作驱动:智能执行单元驱动仿贴合人体力学的机械结构做出动作辅助。比如调整足底推力分配,比如登山时推动腿部力量驱动肢干。

当前的外骨骼机器人根据功能划分分为增强型外骨骼机器人和康复型外骨骼机器人;

根据结构部位划分又分为上肢外骨骼机器人和下肢外骨骼机器人。

但不同类型的外骨骼机器人的工作原理是类似的。

四、应用领域

(1)军事领域

外骨骼机器人发源自军事领域。从 2000 年开始,美国军方率先开展对增强人体机能的外骨骼机器人研究,其目的是设计增强型军用装甲以提高士兵个人防护能力。

美国政府先后与加利福尼亚大学伯克利分校机器人和人体工程实验室、美国 Sarcos Robotic 公司等研究单位进行合作,要求研究出具有自身能源供应装置、现代化通讯系统、传感系统、作战武器系统、吨级负荷能力、高速运动能力以及保护功能的外骨骼机器人。

比如:

Lockheed Martin的ONYX外骨骼可减少士兵代谢消耗15%。

增强型外骨骼负重能力达90kg,行军速度保持5km/h。

(2)工业领域

以快递物流、房地产施工和伐木工程等行业为代表,该类行业的劳动强度大、人力成本高、工作效率低。

比如:

福特工厂使用EksoVest减少工人肩部劳损,提升8小时工作效率。

物流外骨骼降低弯腰搬运时腰椎压力40%。。

(3)医疗康复领域

外骨骼机器人可帮助老年人、残疾人以及中风、偏瘫患者等群体进行康复训练,是当前中国外骨骼机器人行业的主要应用领域。

比如:

脊髓损伤患者通过FDA认证的ReWalk可实现4km/天的行走训练。

中风康复通过Lokomat步态训练系统提升30%康复效率。

(4)民用辅助领域

辅助人类进行代步或助力作用。

比如Cyberdyne的HAL外骨骼帮助老年用户站立耐力提升3倍。

登山辅助外骨骼提供可变阻尼,节省20%体能消耗。

五、外骨骼机器人的未来展望

外骨骼机器人未来展望有很多方面可以阐述,就以我看中的逻辑,即银发经济、人类辅助和即将步入银发的中年危机三大逻辑来聊聊,其中又以老龄化为主——————毕竟,每个人都要老去,每个人都要承受步履蹒跚。。。

我们来看一组数据:

据国家统计局数据显示,2023年年末全国人口(包括31个省、自治区、直辖市和现役军人的人口,不包括居住在31个省、自治区、直辖市的港澳台居民和外籍人员)140967万人,比上年末减少208万人。

从年龄构成看,16—59岁的劳动年龄人口86481万人,占全国人口的比重为61.3%;60岁及以上人口29697万人,占全国人口的21.1%,其中65岁及以上人口21676万人,占全国人口的15.4%。

对应的,中国人口老龄化呈现五个趋势特征:1)规模大,全球每4个老年人就有1个中国人。2)速度快,未来30多年处于老龄化快速深化期。3)高龄化趋势明显,预计2050年左右高龄老人占比超10%。4)未富先老。5)城乡倒置、东高西低。

造成的影响是人口红利消逝、社会负担加重、创新活力下降。。。

这种情况下机器人最大的作用不是替代人类

而是更好的辅助人类,尤其是即将步入老年的中年人,以及已经在银发时代的老年人。

很多人在谈银发经济

那最基本的行都做不到

何谈给中老年人快乐?

诚然完全替换掉轮椅这种还有一段路来走

但诸如25年可以做科考任务都能顺利完成

这一时间还远吗?

当然外骨骼机器人的技术路线还有很大改善空间,

比如材料创新:4D打印形状记忆合金关节,重量减轻35%。石墨烯柔性应变传感器提升信号灵敏度至0.1%形变。

再比如控制进化:深度强化学习算法实现个性化步态适配(训练数据量>10^6步态周期)。脑机接口(BCI)直接解码运动皮层信号,响应时间缩短至70ms。

或者神经整合:仿生人工肌肉纤维(介电弹性体)实现类生物肌肉的收缩特性。闭环神经刺激系统,在提供动力的同时激活目标肌群。

六、聊一聊探路者

今天其实有说过外骨骼机器人的产业链,这里为什么以探路者为例,探路者的主营业务别人有做过科普,大家也可以自己去查查资料,就外骨骼机器人,简单来说看中三大方面:

材料技术储备

户外级材料经验:探路者在防水透气面料(如自研TiEF科技)、轻量化登山装备(碳纤维应用)等领域的技术积累,可迁移至外骨骼的防护层设计或结构减重。

极端环境适配:其极地科考队合作经验(如中国南极科考队装备供应商)积累的-40℃抗寒技术,可能辅助外骨骼的低温电池管理或关节润滑方案。

用户需求积累

户外运动场景数据:通过长期服务登山、徒步用户,掌握大量人体运动负荷、地形适应痛点,可为消费级外骨骼的助力逻辑提供数据支持。

供应链资源

轻量化制造体系:现有碳纤维加工、精密模具生产线,具备转型生产外骨骼框架的基础设施潜力。

基本上进军外骨骼机器人算是降维打击了,更不用说正好赶上消费以及户外、旅游大热的热点上,乘势而起,今天大资金已经有些动作了,相信一定会让探路者更上一层楼。

七、总论

今天看到一些不爽的事情,很早就吐槽过,今天再吐槽一次,我们分享逻辑纯是为了分享或者独乐乐不如众乐乐。买不买入是你自己的事,没有任何人按着你的手买入。也没有搞什么股外收入,赚钱了也只是相遇有缘,纯当赠送。都成年人了,盈亏自负,一个广和通大家都在亏,最多算止损不及时,没必要上纲上线。

别整的像个巨婴:

亏了,就是他吹票我才控制不住自己的手买的,产业链一个;赚了,我和他逻辑一致,我乃炒股奇才。

这样的人请拉黑我,免得看到文章让你舒爽了——

再赘述下其他的相关标的:

今天有说关于外骨骼机器人的相关标的,这里再赘述下:

目前市场上有四大外骨骼产业链:程天科技(目前振兴出的产品和程天的差不多,甚至我都没看到产品在哪,但就假设存在,那也是无源外骨骼,这里归为一类)、智元研究院、肯綮科技、迈宝智能。

程天科技4月初,上线首批无源外骨骼机器人15秒售罄,预计6月上线有源外骨骼机器人。

智元研究院在4月10日,开启外骨骼机器人渠道招商并预计在6月发货。

肯綮科技作为火出圈的外骨骼机器人在x宝有售,基础款8000档预计本月开售

探路者下肢外骨骼已在多个领域得到应用,与中国登山队icon合作开发极地版外骨骼,参与2025年珠峰科考任务

(1)程天科技产业链合作方

中超控股 (002471)

供应链合作:2024年其外骨骼专用电缆进入程天科技供应链体系。

电广传媒 (000917)

资本关联:子公司达晨财智领投程天科技A+轮融资。

楚天科技 (300358)

股权与技术合作:参股程天科技,并独家代理消费级外骨骼机器人产品。

福达股份 (603166)

核心部件供应:作为程天科技行星减速器供应商,2024年获定点订单,2025年预期放量出货。

(2)智元研究院生态合作网络

蓝思科技 (300433)

核心部件交付:批量供应灵犀X1人形机器人关节模组,参与组装与测试环节。

均普智能 (688306)

联合研发:与智元及北京具身智能创新中心共同开发人形机器人本体。

富临精工 (300432)

合资布局:与智元成立项目公司,聚焦机器人应用系统开发与本体定制化设计。

软通动力 (301236)

技术协同:通过控股65%的合资公司(智元持股5%)拓展机器人技术开发。

科大讯飞 (002230)

智能化整合:基于讯飞星火大模型,联合开发智能体与机器人集成解决方案。

中光学 (002189)

资本与产业协同:参股杭州智元研究院3.8%(投资1亿元),并合资成立智能光电科技公司。

比亚迪 (002594)

直接持股:持有智元机器人2.51%股权,强化智能制造布局。

(3)肯綮科技潜在合作方

国民技术 (300077)

间接关联:公司MCU产品适配工业机器人控制芯片,且前董事长孙迎彤个人持有肯綮科技10%股份,存在潜在技术合作可能。

迈宝智能产业联动

(4)探路者 (300005)

产品联合研发:推出下肢外骨骼机器人,采用仿生结构与多模态传感器系统,适配登山及户外运动场景。

————文中部分信息来源于互联网,如有侵权,请私我删除!