你所憧憬的酷炫外骨骼,在现实中可能还只是搬砖工具

产品

08-16 15:02

尼古拉斯·戈茨(Nicholas Gotts)是福特汽车公司的一名员工,过去 6 年里,他几乎每天都在福特旗下的野马跑车装配线上忙碌,干得最多的事情就是拧螺丝。

在汽车流水线上,员工们大多会使用工业级的电钻机,站在汽车底盘下方,将电钻机举过头顶,才能把螺丝固定到框架内。这个动作戈茨每天大概要做 500 次,这也使他早早患上了腰肌劳损。

但从去年开始,戈茨在装配线上动作变得轻快许多,也不像以前一样做一刻就要停下来歇一歇。

秘密在于戈茨身上那套特殊的工作背心:它的主体是一块金属背板,由两侧的肩带和腰间的环形臀带所支撑,与之相连的管状支架则从后背一直延展到双臂两端。

因为其构造和设计和人体骨架相似,这种奇怪的装置也有一个更形象的名称,叫做「外骨骼」。

▲ 1890 年,俄罗斯发明家 Nicholas Yagn 设想的辅助行走装置图。

自蒸汽时代起,一名俄罗斯人就曾萌生过「用外置骨架配合压缩气囊的方式来改善人类运动力」的想法,但当时并未集成供电系统,反而需要由人自己花力气来操作,动力没多少,负担倒是重了许多。

▲60 年前,通用电气公司应美国军方要求开发的外骨骼装甲。图片来自:Baomoi

到了上世纪 60 年代,真正意义上内置了动力系统的外骨骼设备才出现。当时,通用电气公司应美国军方要求,开发了一套名为「Hardiman」的增强型装甲,号称能让使用者举起近 700 公斤的重物——相当于举起一头水牛。

然而,历经 60 年,大部分人对外骨骼的认知仍然只停留在电影和游戏作品之中,它们满足了少数人对超能力的想象,却更像是一个被娱乐化的产品。

而在现实世界,这个看似能赋予人体奇特能力的设备,却并没有那么令人瞩目。

因外骨骼而改变的医疗、工业和军事领域

在收到福特汽车的订单前,Ekso Bionics 公司已经获得了打开医疗市场的钥匙。

2012 年,Ekso Bionics 推出首款外骨骼支架设备 Ekso GT,开始与当地的神经康复中心合作,让截瘫患者和其它行动不便的病人能够重新获得站立能力,或是用于步行训练。

▲ 截瘫患者使用 Ekso GT 用于步行训练。图片来自:RoyalBucksHospital

整套设备由铝合金和钛合金构成,虽然重量高达 20 公斤,但由于独立的支撑结构,以及连接的金属支架,重量会转移到最底部的脚板上,所以穿戴者并不会有明显的负重感。

同时,腿部和膝关节的传感器还会检测患者的运动能力,再通过电动马达来施加外力,帮助患者双腿移动。

四年后,这款设备拿到了美国 FDA 食品药品管理局的许可,意味着 Ekso GT 能够名正言顺地用于治疗脊椎受损或中风患者。

Ekso Bionics 的创始人 Russ Angold 回忆说,在医疗领域崭露头角后,便开始有人向他咨询,是否有面向工人的外骨骼设备,而福特便是其中一家。

「他们问我,既然瘫痪的人可以重新走起来,那么你们能用同样的技术,让工人变得更强壮吗?」

事实上,但凡是那些需要举起手臂,并长时间保持一个姿势工作的人——比如要肩扛巨大器材的摄影师,餐厅里的上菜员,或是精密仪器维修的电工等,都或多或少存在手臂和肩部肌肉的劳损,甚至会蔓延到背部和腰部,对日常生活造成影响。

▲ 福特汽车流水线上使用的 EksoVest 外骨骼。

为了降低这种长期重复作业后造成的身体损伤,自 2017 年起,福特汽车公司开始与 Ekso Bionics 合作,在美国两家工厂测试新的工业用外骨骼设备「EksoVest」,一年后,这种装置适用范围扩大至福特在全球的 15 个地区工厂

如今,福特已不是唯一一家将外骨骼设备运用到工厂装配线上的公司。在加拿大胡士托市的丰田汽车工厂中,同样有近 200 名工人同样在使用 Levitate 公司的「Airframe」外骨骼来协助超声波焊接的检测工作,而宝马和波音公司的流水线上也有类似产品的身影。

▲ 日本 Cyberdyne 公司研发的 HAL 外骨骼也已经在医疗领域使用多年。

可以说,对于那些想要保护工人,提高效率,并避免出现巨额医疗赔偿的工厂来说,这些外骨骼无疑是个不错的帮手。

▲ Levitate 公司开发的「Airframe」外骨骼。

工人尼克·范德巴恩(Nic Vanderbaan)就表示,41 岁的他已经很难脱离外骨骼去工作,这就像有人在帮他托起手臂并保持固定,而如果他想把手垂下来,这种托力也会渐渐消失。

「它不会让你获得超人般的怪力,但却能减轻你的工作负担。一旦习惯后,你就会把这些金属支架视为自己身体的一部分。」

至于在军事领域,外骨骼的相关研究则会更早,各大国一直都在加强对外骨骼的研究力度。如今很多民用领域的外骨骼技术,比如前文提到的 Ekso Bionics,本身也有非常深厚的军方背景。

目前,知名军工企业洛克希德马丁公司开发的 ONYX 外骨骼系统,正计划在今年下半年交付美军进行野外测试。它的目的并非是增强战斗能力,而是减轻使用者腿部和背部的负荷,中国同样展示过类似的原型产品

此外,美国陆军实验室也在探索「第三臂」的概念,即使用外挂的小型机械臂来作为武器支架,缓解士兵的肌肉疲劳。

当痛点问题被解决之后,外骨骼就逐渐成为这些行业中切实的需求,但对大部分普通人来说,想要亲身接触到外骨骼仍不是一件容易的事。

普通人想拥有外骨骼依旧很难,成本就是个大问题

每一家生产外骨骼的公司,都希望自家设备能够获得更广泛的普及。毕竟,如果它能让截瘫患者重新获得行走的能力,为什么不能取代轮椅呢?

但这其中涉及两个难点,一是高昂的成本,二是电池问题。

▲ 图片来自:StreetRegister

2017 年,《华盛顿邮报》曾报道了一位因手术失败导致下肢瘫痪的患者,当时她在康复中心借助以色列 ReWalk 公司的外骨骼产品重新获得了行动能力,但在沟通理赔时却遭到了保险公司的拒绝,理由是「担心设备的安全性和实用性」,所以并未将外骨骼列入到投保范围内。

当时,一套 ReWalk Presonal 6.0 外骨骼套装的价格约为 8 万美元,Parker Hannifin 公司生产的 Indego 则接近 10 万美元,至于前文提及的 Ekso GT 还会更贵,大概在 15 万美元左右,这远远超出了单个家庭可支付的范围。

也因如此,目前大部分外骨骼公司的销售目标只能集中在大型康复中心、医院或是工厂里,如果个人想要购买,获得保险公司的补贴会是一个不错的路径,但前提是需要获得保险公司的认可。

▲ 图片来自:wjct

「他们对外骨骼的预期是,它不仅能帮助人们恢复行走能力,还可以提供一定的医疗效用或帮助。」耶鲁大学放射学教授 Howard Forman 说,他认为目前外骨骼设备的定价,超过了它们在保险公司眼中的价值。

不过,一些外骨骼产品也会强调自己对人体机能的改善。比如在 ReWalk 产品介绍中,就标注了「可以降低患者的体脂、改善肌肉对姿势的控制、平衡肠道及膀胱功能,并提高氧的代谢及心率」等字样。然而具体的改善功效也因人而异,故很难给出明确的的量化指标。

此外,动力外骨骼往往会内置大量的检测传感器和液压装置,如果不想拖着一根电线走来走去,唯一的办法就是自带电池,可现阶段多数设备仅能坚持数小时的续航,极大限制了户外的行动范围,而在有限的体积下,堆电池的做法肯定是行不通的。

一个残酷的现实是,假如一台外骨骼失去了供电系统,那么它和一堆废铁也没什么区别,这也是为什么至今仍很难在军事领域看到外骨骼设备的大规模使用。

当然,已经有公司开始研究低成本,以及轻量化设计的外骨骼设备,它们会使用更轻的材料,更紧凑的造型,或是引入 AI 技术,让这些机械支架能够更精准地识别我们的肢体动作。

▲ 图片来自:TechCrunch

加州大学伯克利分校和 suitX 就曾给过一个不那么奢侈的成品。两者合作主打的 MAX 将外骨骼分为背部、肩部和腿部,各部件的定价均不超过 5000 美元,买家可以根据实际需要入手全套设备,也能只选择其中一两件,资金压力明显会小不少。

之后,SuitX 还计划打造更多智能化、低成本的外骨骼设备,比如帮运动员减少氧气消耗量,使其获得更长的奔跑时间。

▲ 图片来自:Wired

在美国范德堡大学,工程师们还研究出一种由弹簧驱动的外骨骼设备。和那些几乎布满全身的金属支架不同,这个外骨骼只有踝关节的部分,仅有 400 多克重,加上不需要设计电池和动力系统,原型产品的成本仅为 100 美元。

这和卡内基梅隆大学此前发明出的踝关节外骨骼十分相似,两者都宣称可以减少使用者小腿肌肉的负担,缓解走路时所需要承受的压力。

外骨骼走向商用的背后,也是人与机器关系的不断演变

据 ABI Research 的研究报告称,今天,整个外骨骼市场的硬件收入仅为 1.92 亿美元,预计到 2028 年会达到 58 亿美元的规模。

事实上,除了工业、医疗和军事领域,外骨骼似乎还没有找到其它更合适的使用场景。这不仅是因为价格高低,还要回答能拿来干什么的问题。总不能说,我们买外骨骼就是为了去搬砖吧?

何况在这些领域,外骨骼所面对的竞争不仅来自于同行,还有其它新兴技术,比如成本同样在下降的 AI 智能机器人。

▲ 一些外骨骼可以让那些需要站立工作的人享受坐「空气板凳」的便利性。

在仓储、物流和服务业等多个领域,AI 智能机器人已经能完全取代人类的工作;而对于那些追求效率、想要实现全天候运作的工厂来说,一个能 24 小时不间断工作、不知劳累、甚至不会犯错的机器人,比人本身更吸引人。

也有人开始担心,外骨骼的普及会衍生出新的矛盾。英国工程技术学会教授诺埃尔·沙基(Noel Sharkey)接受 BBC 采访时就说:

「如果工人穿上外骨骼工作,疲劳感减少了,那么工厂是否会要求他们投入更长的工作时间呢?没人能阻止这种情况的发生。」

在上个月美国旧金山 Gray 艺术节上,一群身穿外骨骼的人正在黑暗风格浓郁的工业电子配乐中起舞,每个人的动作都高度一致,宛如一个个提线木偶。

▲ 图片来自:The Sun

真相是,在开演之前,举办方将事先编排好的舞蹈动作脚本导入至每一个外骨骼设备中,这意味着观众们看到的舞姿,实则都是那些由金属支架和液压缸组成的外骨骼决定的,人在这里不过是一个道具而已。

创作者路易斯-菲利普·德默斯(Louis-Philippe Demers)说,他希望通过这场向意大利诗人但丁《地狱篇》致敬的表演,重新激发人们对技术、机器控制议题的思考

但也有人另辟蹊径,选择把外骨骼变成内骨骼,直接和人体融合,变成组织的一部分。

▲ 图片来自:Brewminate

麻省理工学院的休·赫尔(Hugh Herr)教授就把自己描述为「仿生人」,他在某次登山事故中失去了双腿,之后就接入了一个包含人造电极的假肢,与大腿神经相连接,以便更灵活地控制自己的「双脚」。

在 2014 年的 TED 演讲中,他表达了这样一个观点:

「我相信植入式神经终究会超过假肢的范畴,进一步扩展至外骨骼领域,让人类仅靠意念和感觉来控制它们,并从根本上创造一个重新认识自我潜能的领域。」

或许外骨骼的迷人之处,恰恰在于人在其中的全面参与感,就好像无论是外置铠甲的钢铁侠,还是内注金属的金刚狼,意识都还是属于自己的,而无需对智能机器人拱手让贤,只是如果我们选择让自己全面机械化了,人类又还是人类吗?

题图来源:Suit X

登录,参与讨论前请先登录

评论在审核通过后将对所有人可见

正在加载中