□本刊记者 吕方锐/文
在北京大学校园的一角，坐落着北京市智能康复工程技术研究中心，工程师周亚雷坐在一堆箱子中间，正试图把几个定制零件拼装在一起。在他身后的架子上，挂着一个机器人，上半身像一个背包，下半身是两条机械腿。这是他们最新研发的外骨骼机器人。
机器人（Robot）是指自动执行工作的机器装置，它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动，来协助或取代人类的工作。
周亚雷在制做的外骨骼机器人，是为了帮助瘫痪病人走路。患者把装置上半部分背在身上，机械腿绑在双腿外侧，利用机械结构的支撑和电动机的运转，患者就可以重新站立行走。
《全球疾病负担》(Global Burden of Disease)估计，全球约9.75亿人(19.4％)患有残疾。其中约1.9亿人(3.8％)有“严重的残疾”——诸如四肢瘫痪、严重的抑郁症或失明。
Rewalk、Ekso和Cyberdyne等企业是医疗外骨骼机器人领域的先行者，国内也有电子科技大学、中科院深圳先进技术研究院和北京大学等科研院所在进行相关研究。他们希望，能利用医疗将外骨骼机器人带给更多的瘫痪病人。
如果真的能让所有瘫痪患者重新站立行走，无疑是划时代的壮举。但在完成这个任务之前，外骨骼机器人必须要解决自身的技术难题。
瘫痪病人的行走梦
24岁的林寒，在2013年不慎从四楼摔下导致脊髓损伤，下肢失去了运动能力。
林寒告诉《财经》记者，他曾多次试图摆脱轮椅，但膝盖无法支撑他的身体重量。他尝试过传统的康复训练如针灸、力量训练，效果并不好。
2015年，林寒在四川省八一康复中心见到了电子科技大学开发的外骨骼机器人，当即报名成为试用者。
外骨骼机器人最早在1965年由美国通用电气公司和美国军方合作开发，意图辅助士兵进行军事活动，增强士兵负重行军的能力。后来多家商业公司和科研院所转变研究方向，开发出了帮助瘫痪病人行走的医疗用外骨骼机器人。
外骨骼机器人带动患者行走，需要各部分的协调配合。
首先，外骨骼机器人要通过传感器捕捉到患者的行走意图。“有的产品使用的是倾斜传感器，它能监测身体的前倾，利用重心的微妙变化来控制运动。”电子科技大学机器人研究中心执行主任程洪教授告诉《财经》记者。
然后，外骨骼机器人就会运转关节处的电机，电机驱动连杆带动人的双腿迈出步伐。强有力的电动机能带动患者行走，患者只需要用双手拄拐杖保持平衡。
为了让患者走起来更加自然，工程师们将人的走路姿态划分为几个阶段，比如，双腿站立态、左腿摆动态和右腿摆动态，根据各个阶段的运动特点，设定电机参数，使机械腿的走路姿态更接近人。
迈动步伐时，患者双手握拐杖，配合脚步交替撑地，进而保持身体平衡。经过一段时间的适应性练习后，很多患者可以比较熟练地行走。“林寒只用了一两个月就能熟练掌握了。”电子科技大学机器智能研究所的博士生黄瑞说。
外骨骼机器人的机械骨架，使用了高强度的合金材料，可以支撑患者身体的大部分重量。
在很多中低收入国家，残疾人能获得的卫生保健和康复等公共服务严重缺失，公共场所的无障碍设施也很少，残疾人即使是从货架上取东西、独自上厕所这样的小事都会成为巨大的挑战。
长久的轮椅和床榻生涯还给他们带来多种疾病。医学研究证实，长期卧床的瘫痪病人呼吸量减少，咳嗽动作减弱或消失，呼吸道分泌物排出不畅，易引发肺部感染；瘫痪患者长期缺乏运动，易造成关节强直、肌肉萎缩和形成血栓；瘫痪后肌肉收缩对骨的作用消失、患者钙调节激素变化等因素，会造成骨质疏松。
因此，能让这些患者站起来，独自完成一些日常生活的琐事，是一件了不起的事。
在作为外骨骼机器人试用者几个月后，林寒身穿外骨骼机器人，完成了第九届全国残疾人运动会的火炬传递任务。
价格、重量和易用性难兼顾
林寒已经能够熟练使用外骨骼机器人活动，但他还是觉得自己身上的这套装置有点重，达到21公斤。黄瑞和周亚雷等研究人员也承认，包括他们的产品在内，市面上大多数设备重达几十公斤，瘫痪患者无法长时间穿戴，在上下轮椅时需要频繁地穿脱设备。
“这已经是能买到的最轻、最小的电机了，”周亚雷指着外骨骼膝关节上的电机告诉《财经》记者，“电池的重量也受当前的技术局限，没办法再减轻。”
国内很多研究团队研究重点在机械结构的设计、控制系统的研发上。电机、传感器等配件是从专业厂家采购成品。“我们尽量在金属材料上减轻重量。这些定制的部件用的是市面上最轻的合金材料。”周亚雷说。
外骨骼机器人最主要的难点是轻量化。这依赖于很多相关技术的发展，比如电机、电池等的轻量化。“我们希望最终能够做成一个像眼镜一样方便长期佩戴的产品。”黄瑞表示。
还有一个技术难点是，如何让外骨骼机器人保持自我平衡。现在市面上的产品大多数都无法做到，还需要患者双手支撑拐杖，这限制了其适用范围。
Rewalk的发明者高弗尔自己都无法使用Rewalk，因为他四肢瘫痪。“并非所有的医用外骨骼都具有实现自平衡的条件，它们中的大部分仅仅驱动穿戴者的膝关节，不能完全影响穿戴者的下肢动作，无法实现自平衡。” 浙江大学机械工程学院副教授欧阳小平告诉《财经》记者。
外骨骼实现自平衡，即意味着机器人能够判断是否发生或将要发生失稳，以及能够对其机械肢体（连同穿戴者肢体）做出运动控制。
人体上半身的重量对重心位置有较大影响，为实现自平衡，外骨骼需要能够观测包括人体上半身在内的重量分布。然而，这超出了医疗用下肢外骨骼机器人的作用范围。
在运动控制上，医疗外骨骼工作原理是驱动患者肢体按照设定的步态运动，从而协助患者恢复行走能力。但为了维持自平衡而进行的失稳控制，则要求实时调整步态，与按照预设步态行走的使用要求相反。
想要掌握外骨骼机器人的使用，还需要患者进行长期的训练。美国退伍军人事务部购买了多套Rewalk，用于帮助受伤军人康复和锻炼。该事务部主管康复研究的副主任斯庞根博士曾表示，适应外骨骼机器人需要时间。而且并非所有的瘫痪病人都能够完成Rewalk的使用训练，有些人完全学不会。
想要解决上述问题中的一个或两个，并非不可能，但目前的技术水平，外骨骼机器人很难兼顾价格、重量和易用性。
SuitX公司负责公关事务的蔡登博格向《财经》记者提供的材料显示，他们的产品大幅简化了机械结构，降低了制造成本，减轻了重量；各关节部分可以拆开单独使用、销售，提供给从事体力劳动的健康人，提高了销量，平摊了研发成本。
然而，这是以降低易用性为代价的。
黄瑞认为，这款设备为了降低成本，减轻重量，牺牲了步态的自然性，去掉了上下楼梯等功能。患者需要投入更多时间去练习才能熟练使用该产品。
林寒和电子科大团队寄希望于技术升级解决上述问题。黄瑞所在团队在实验过程中发现，大多数使用场合对电机功率的要求并不高，因此他们正在研发的下一代产品，选用了功率更小的电机，同时简化了机械结构。
这两项改变预计可以使产品减重7公斤。针对不同患者的病情需要，采用产品定制化的方式，取消部分多余的功能和结构，可以一定程度上兼顾价格和易用性。
不过，考虑到功能性和易用性，以目前的技术水平，重量和价格只能尽量兼顾。
如何卖出去
林寒最近忙于帮助团队收集使用数据，编写使用手册，协助团队改进产品。他期待下一代产品能让他更加自如地行走。如何让更多的林寒们获得行走的机会，就需要考虑如何让实验室产品商业化。
由于国内相关研究大多以科研为目的，立项早期普遍缺乏商业化考虑。因此，国内研发的产品市场化率明显低于国外企业。
“我们正在和医疗机构合作，免费提供产品给患者使用。同时我们的产品也在走认证程序。通过认证，产品就可以销售了。”程洪表示。
将外骨骼机器人产品通过认证，是商业化的关键一步。
国产医疗用外骨骼机器人作为医疗器械，应向国家食品药品监督管理总局（下称食药监总局）申请认证。由于该产品较为前沿，还没有专门的标准，食药监总局先要对其进行分类，之后进行检验、临床测试，最后才能认证。
研究人员们在等食药监总局的分类结果，目前，还没有国产产品通过认证。程洪团队是首个产品进入认证流程的团队。
在临床测试中，他们发现，国产外骨骼机器人的商品化，难点在于打消患者对安全性的顾虑。很多患者长期缺乏运动，下肢已经没有知觉。他们在使用产品时，感觉身体像飘在空中一样，没有安全感。但经过一两个月时间的训练，患者下肢都慢慢恢复知觉，可以有意识地控制外骨骼机器人，对于安全性的顾虑才能有所消除。
即便是通过认证，目前看已经上市的国内外产品，销量都还不理想。
Rewalk作为首款通过美国食品和药品管理局（FDA）认证的外骨骼机器人，2015年全年，其生产商Rewalk Robotics公司的营业总收入374.6万美元。即使将营收全部换算，按照每套设备售价7万美元计算，Rewalk去年全年也只卖出50多套。
根据美国残疾统计中心的数据，超过680万美国居民在使用辅助装备行动，其中包括170万使用轮椅或代步车的患者，以及610万使用其他移动装置（如拐杖、手杖等）的用户。
销量和瘫痪病人的庞大数量形成鲜明反差。“目前也有一款外骨骼可以做到自平衡，叫REX。当然，自平衡的代价是很大的，首先需要在结构上做得非常庞大，因为其关节构造更加复杂；其次是在控制算法上也有很高的要求。这类产品体积庞大、售价高昂，在市场上没有优势。”黄瑞表示。
贵，在于制造成本高。合金材料，要不规则形状制造，电机需要定制，这些都会提高成本。据黄瑞介绍，他们研发的外骨骼机器人所用的电机，一个就要好几千元。一套外骨骼机器人，仅电机和定制部件的成本就达到10万元左右。
REX售价约15万美元；结构更简单、成本更低的Rewalk售价约7万美元；市面上价格最低的是SuitX公司推出的“凤凰”，价格约4万美元。国产产品的价格更具优势。
在材料上，国内外都是采购的工业成品，成本相差不大。国产产品免去了关税，同时在人员成本等研发费用上更占优势。程洪透露，他们的产品上市后，价格有望降到20万元以下。
但这样的价格仍然是一般人难以承受的，更何况大部分瘫痪患者没有工作收入。从事医疗器械推广的李锴告诉《财经》记者，他看好外骨骼机器人的前景，但目前来说产品太贵了，他还不考虑涉足。
这又回到了老问题上，如何做到价格、重量和易用性兼顾，能让大多数瘫痪病人用上一款合适的产品，需要研究人员和市场的共同作用。
