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你所憧憬的酷炫外骨骼,在現實中可能還只是搬磚工具

尼古拉斯·戈茨(Nicholas Gotts)是福特汽車公司的一名員工,過去 6 年裡,他幾乎每天都在福特旗下的野馬跑車裝配線上忙碌,幹得最多的事情就是擰螺絲。

在汽車流水線上,員工們大多會使用工業級的電鑽機,站在汽車底盤下方,將電鑽機舉過頭頂,才能把螺絲固定到框架內。這個動作戈茨每天大概要做 500 次,這也使他早早患上了腰肌勞損。

但從去年開始,戈茨在裝配線上動作變得輕快許多,也不像以前一樣做一刻就要停下來歇一歇。

秘密在於戈茨身上那套特殊的工作背心:它的主體是一塊金屬背板,由兩側的肩帶和腰間的環形臀帶所支撐,與之相連的管狀支架則從後背一直延展到雙臂兩端。

因為其構造和設計和人體骨架相似,這種奇怪的裝置也有一個更形象的名稱,叫做「外骨骼」。

1890 年,俄羅斯發明家 Nicholas Yagn 設想的輔助行走裝置圖。

自蒸汽時代起,一名俄羅斯人就曾萌生過「用外置骨架配合壓縮氣囊的方式來改善人類運動力」的想法,但當時並未集成供電系統,反而需要由人自己花力氣來操作,動力沒多少,負擔倒是重了許多。

到了上世紀 60 年代,真正意義上內置了動力系統的外骨骼設備才出現。當時,通用電氣公司應美國軍方要求,開發了一套名為「Hardiman」的增強型裝甲,號稱能讓使用者舉起近 700 公斤的重物——相當於舉起一頭水牛。

然而,歷經 60 年,大部分人對外骨骼的認知仍然只停留在電影和遊戲作品之中,它們滿足了少數人對超能力的想像,卻更像是一個被娛樂化的產品。

而在現實世界,這個看似能賦予人體奇特能力的設備,卻並沒有那麼令人矚目。

因外骨骼而改變的醫療、工業和軍事領域

在收到福特汽車的訂單前,Ekso Bionics 公司已經獲得了打開醫療市場的鑰匙。

截癱患者使用 Ekso GT 用於步行訓練。圖片來自:RoyalBucksHospital

整套設備由鋁合金和鈦合金構成,雖然重量高達 20 公斤,但由於獨立的支撐結構,以及連接的金屬支架,重量會轉移到最底部的腳板上,所以穿戴者並不會有明顯的負重感。

同時,腿部和膝關節的感測器還會檢測患者的運動能力,再通過電動馬達來施加外力,幫助患者雙腿移動。

四年後,這款設備拿到了美國 FDA 食品藥品管理局的許可,意味著 Ekso GT 能夠名正言順地用於治療脊椎受損或中風患者。

Ekso Bionics 的創始人 Russ Angold回憶說,在醫療領域嶄露頭角後,便開始有人向他諮詢,是否有面向工人的外骨骼設備,而福特便是其中一家。

「他們問我,既然癱瘓的人可以重新走起來,那麼你們能用同樣的技術,讓工人變得更強壯嗎?」

事實上,但凡是那些需要舉起手臂,並長時間保持一個姿勢工作的人——比如要肩扛巨大器材的攝影師,餐廳里的上菜員,或是精密儀器維修的電工等,都或多或少存在手臂和肩部肌肉的勞損,甚至會蔓延到背部和腰部,對日常生活造成影響。

福特汽車流水線上使用的?EksoVest 外骨骼。

為了降低這種長期重複作業後造成的身體損傷,自 2017 年起,福特汽車公司開始與 Ekso Bionics 合作,在美國兩家工廠測試新的工業用外骨骼設備「EksoVest」,一年後,這種裝置適用範圍擴大至福特在全球的 15 個地區工廠。

如今,福特已不是唯一一家將外骨骼設備運用到工廠裝配線上的公司。在加拿大胡士托市的豐田汽車工廠中,同樣有近 200 名工人同樣在使用 Levitate 公司的「Airframe」外骨骼來協助超聲波焊接的檢測工作,而寶馬和波音公司的流水線上也有類似產品的身影。

?日本 Cyberdyne 公司研發的 HAL 外骨骼也已經在醫療領域使用多年。

可以說,對於那些想要保護工人,提高效率,並避免出現巨額醫療賠償的工廠來說,這些外骨骼無疑是個不錯的幫手。

?Levitate 公司開發的「Airframe」外骨骼。

「它不會讓你獲得超人般的怪力,但卻能減輕你的工作負擔。一旦習慣後,你就會把這些金屬支架視為自己身體的一部分。」

至於在軍事領域,外骨骼的相關研究則會更早,各大國一直都在加強對外骨骼的研究力度。如今很多民用領域的外骨骼技術,比如前文提到的 Ekso Bionics,本身也有非常深厚的軍方背景。

目前,知名軍工企業洛克希德馬丁公司開發的?ONYX 外骨骼系統,正計劃在今年下半年交付美軍進行野外測試。它的目的並非是增強戰鬥能力,而是減輕使用者腿部和背部的負荷,中國同樣展示過類似的原型產品。

此外,美國陸軍實驗室也在探索「第三臂」的概念,即使用外掛的小型機械臂來作為武器支架,緩解士兵的肌肉疲勞。

當痛點問題被解決之後,外骨骼就逐漸成為這些行業中切實的需求,但對大部分普通人來說,想要親身接觸到外骨骼仍不是一件容易的事。

普通人想擁有外骨骼依舊很難,成本就是個大問題

每一家生產外骨骼的公司,都希望自家設備能夠獲得更廣泛的普及。畢竟,如果它能讓截癱患者重新獲得行走的能力,為什麼不能取代輪椅呢?

但這其中涉及兩個難點,一是高昂的成本,二是電池問題。

2017 年,《華盛頓郵報》曾報道了一位因手術失敗導致下肢癱瘓的患者,當時她在康復中心藉助以色列 ReWalk 公司的外骨骼產品重新獲得了行動能力,但在溝通理賠時卻遭到了保險公司的拒絕,理由是「擔心設備的安全性和實用性」,所以並未將外骨骼列入到投保範圍內。

當時,一套 ReWalk Presonal 6.0 外骨骼套裝的價格約為 8 萬美元,Parker Hannifin 公司生產的 Indego 則接近 10 萬美元,至於前文提及的 Ekso GT 還會更貴,大概在 15 萬美元左右,這遠遠超出了單個家庭可支付的範圍。

也因如此,目前大部分外骨骼公司的銷售目標只能集中在大型康復中心、醫院或是工廠里,如果個人想要購買,獲得保險公司的補貼會是一個不錯的路徑,但前提是需要獲得保險公司的認可。

「他們對外骨骼的預期是,它不僅能幫助人們恢復行走能力,還可以提供一定的醫療效用或幫助。」耶魯大學放射學教授 Howard Forman 說,他認為目前外骨骼設備的定價,超過了它們在保險公司眼中的價值。

不過,一些外骨骼產品也會強調自己對人體機能的改善。比如在 ReWalk 產品介紹中,就標註了「可以降低患者的體脂、改善肌肉對姿勢的控制、平衡腸道及膀胱功能,並提高氧的代謝及心率」等字樣。然而具體的改善功效也因人而異,故很難給出明確的的量化指標。

此外,動力外骨骼往往會內置大量的檢測感測器和液壓裝置,如果不想拖著一根電線走來走去,唯一的辦法就是自帶電池,可現階段多數設備僅能堅持數小時的續航,極大限制了戶外的行動範圍,而在有限的體積下,堆電池的做法肯定是行不通的。

一個殘酷的現實是,假如一台外骨骼失去了供電系統,那麼它和一堆廢鐵也沒什麼區別,這也是為什麼至今仍很難在軍事領域看到外骨骼設備的大規模使用。

當然,已經有公司開始研究低成本,以及輕量化設計的外骨骼設備,它們會使用更輕的材料,更緊湊的造型,或是引入 AI 技術,讓這些機械支架能夠更精準地識別我們的肢體動作。

加州大學伯克利分校和 suitX 就曾給過一個不那麼奢侈的成品。兩者合作主打的MAX 將外骨骼分為背部、肩部和腿部,各部件的定價均不超過 5000 美元,買家可以根據實際需要入手全套設備,也能只選擇其中一兩件,資金壓力明顯會小不少。

之後,SuitX 還計劃打造更多智能化、低成本的外骨骼設備,比如幫運動員減少氧氣消耗量,使其獲得更長的奔跑時間。

這和卡內基梅隆大學此前發明出的踝關節外骨骼十分相似,兩者都宣稱可以減少使用者小腿肌肉的負擔,緩解走路時所需要承受的壓力。

外骨骼走向商用的背後,也是人與機器關係的不斷演變

事實上,除了工業、醫療和軍事領域,外骨骼似乎還沒有找到其它更合適的使用場景。這不僅是因為價格高低,還要回答能拿來幹什麼的問題。總不能說,我們買外骨骼就是為了去搬磚吧?

何況在這些領域,外骨骼所面對的競爭不僅來自於同行,還有其它新興技術,比如成本同樣在下降的 AI 智能機器人。

一些外骨骼可以讓那些需要站立工作的人享受坐「空氣板凳」的便利性。

在倉儲、物流和服務業等多個領域,AI 智能機器人已經能完全取代人類的工作;而對於那些追求效率、想要實現全天候運作的工廠來說,一個能 24 小時不間斷工作、不知勞累、甚至不會犯錯的機器人,比人本身更吸引人。

「如果工人穿上外骨骼工作,疲勞感減少了,那麼工廠是否會要求他們投入更長的工作時間呢?沒人能阻止這種情況的發生。」

在上個月美國舊金山 Gray 藝術節上,一群身穿外骨骼的人正在黑暗風格濃郁的工業電子配樂中起舞,每個人的動作都高度一致,宛如一個個提線木偶。

真相是,在開演之前,舉辦方將事先編排好的舞蹈動作腳本導入至每一個外骨骼設備中,這意味著觀眾們看到的舞姿,實則都是那些由金屬支架和液壓缸組成的外骨骼決定的,人在這裡不過是一個道具而已。

創作者路易斯-菲利普·德默斯(Louis-Philippe Demers)說,他希望通過這場向義大利詩人但丁《地獄篇》致敬的表演,重新激發人們對技術、機器控制議題的思考。

但也有人另闢蹊徑,選擇把外骨骼變成內骨骼,直接和人體融合,變成組織的一部分。

麻省理工學院的休·赫爾(Hugh Herr)教授就把自己描述為「仿生人」,他在某次登山事故中失去了雙腿,之後就接入了一個包含人造電極的假肢,與大腿神經相連接,以便更靈活地控制自己的「雙腳」。

「我相信植入式神經終究會超過假肢的範疇,進一步擴展至外骨骼領域,讓人類僅靠意念和感覺來控制它們,並從根本上創造一個重新認識自我潛能的領域。」

或許外骨骼的迷人之處,恰恰在於人在其中的全面參與感,就好像無論是外置鎧甲的鋼鐵俠,還是內注金屬的金剛狼,意識都還是屬於自己的,而無需對智能機器人拱手讓賢,只是如果我們選擇讓自己全面機械化了,人類又還是人類嗎?

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