2017-“未来机器”系列深度之三：智能工具和人体骨骼，泛机器人应用的新领域_18页-2mb

机械骨骼技术发展与应用总结

核心内容

机械骨骼是一种可穿戴的智能辅助设备，通过电子化配件、传感器和软件系统实现对人类肢体的增强与辅助，具有“人力放大器”的别称。当前，机械骨骼技术主要应用于军事、医疗和工业领域，其发展受到传感器、控制系统、机械结构设计、能量源和促动技术等多方面因素的推动。

主要观点

• 智能工具的突破：机械骨骼是智能工具领域最大的突破，通过软硬件结合的方式，实现对人类肢体的增强与辅助。
• 国际巨头布局：Google、软银、阿里、富士康等国际企业已开始布局机器人和智能硬件领域，显示出对“新硬件时代”的重视。
• 军事应用领先：各国竞相研究机械骨骼，美国、俄罗斯、法国等国均有相关项目，如“TALOS”、“勇士-21”、“大力神”，而中国兵器集团也在研发相关系统。
• 医疗市场潜力巨大：机械骨骼在神经康复领域应用广泛，如ReWalk和HAL系统，能够帮助脊髓损伤、中风等患者进行步态训练，市场规模巨大。
• 工业应用尚在探索：目前工业应用仍处于初步探索阶段，主要用于危险作业和搬运任务，未来有望拓展至更多领域。

关键信息

一、机械骨骼发展概况

• 定义：机械骨骼是一种通过人造方式达到骨骼特性的辅助器械，可以增强人体能力。
• 发展历程：
  • 2000年，DARPA启动人体能力增强系统研究。
  • 2002年，SARCOS推出XOS系列，成为世界上第一件机械外骨骼衣。
  • 2004年，日本筑波大学推出HAL系统，是世界上第一款商用机械骨骼。
  • 2010年，伯克利仿生研究所推出eLEGS，是首款不使用绳链实现自然行走的设备。
  • 2014年，DARPA与哈佛大学合作研发Soft Exosuit，采用纺织材料，更加轻便。

二、机械骨骼应用

• 军事应用：
  • 主要用于军需物资搬运、士兵体能强化和作战能力提升。
  • 系统可提供GPS导航、夜视、环境感知等功能，实现智能化和自动化。
  • 未来将具备敌我识别功能，防止被敌方利用。
• 医疗应用：
  • 主要用于下肢功能障碍患者的步态训练，如ReWalk和HAL系统。
  • 美国市场中，仅脊髓损伤患者的治疗成本就高达400亿美元，未来中风和脑瘫患者也将成为重要市场。
• 工业应用：
  • 用于工程施工、危险作业、搬运输送等。
  • 当前应用案例包括HULC在海军造船厂的测试和HAL在福岛核电站的使用。

三、机械骨骼技术透析

• 核心技术：
  • 传感器：是机械骨骼系统中最核心的部件，分为输入和输出两类，输入包括肌电传感器、地面传感器等，输出则以液压和气压系统为主。
  • 控制系统：系统内控制是未来发展的趋势，相较于远程控制，能实现更精确的动作协调。
  • 机械结构设计：需要兼顾安全性、兼容性和舒适性，尤其在下肢部分，需承受高强度压力。
  • 能量源：目前机械骨骼仍面临能量供应不足的问题，需开发高效、便携、安静的能源系统。
  • 促动：促动器需高效且安静，以实现顺畅移动。

未来研究方向

• 人造肌肉纤维：通过电压变化实现纤维收缩或伸张，替代传统液压系统。
• 控制系统：向系统内控制发展，实现更复杂的动作协调。
• 机械结构设计：提升安全性和舒适性，适应不同体型。
• 能量源：开发更高效、便携的能源装置，满足24小时使用需求。
• 促动：提升促动器的效率和静音性能，以实现自然流畅的运动。

风险提示

• 机械骨骼技术应用进度可能低于预期，存在技术瓶颈和市场接受度问题。

投资要点

• 行业评级：机械设备和通用机械II被评定为“增持（维持）”。
• 技术趋势：机械骨骼正逐步从军事和医疗向工业领域拓展，未来市场潜力巨大。
• 公司布局：华泰证券等机构已开始对机械骨骼及相关领域进行深入研究和投资建议。

结论

机械骨骼技术正在快速发展，未来将在军事、医疗和工业领域发挥重要作用。随着传感器、控制系统、能量源等核心技术的突破，机械骨骼有望成为“新硬件时代”的重要组成部分。