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康复市场待激活,骨骼机器人何时落地?

2019-03-29 10:18
动脉网
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在漫威的影片中,外骨骼机器人可以将普通人变成钢铁侠托尼·斯塔克;在郭帆的影片中,外骨骼可以将救援小分队CN171-11武装成能够搬运重达数百斤的“火石”的“半机械人”;在现实生活中,也有人正在利用外骨骼,使失去行走能力、运动能力的人,重新恢复站立甚至行走的希望。

我国的康复医疗产业仍处于发展初期,一面是卒中、脑瘫、帕金森等行动能力受到影响的神经退行性疾病庞大且迫切的市场需求,一面是资金投入少,康复机构数量少、规模小、设备研发落后等现状,需求与供给之间严重的不平衡催生了技术研发的动力。

除了目前普遍应用的末端牵引式康复机器人、悬挂式机器人,目前最先进的康复机器人是可穿戴外骨骼机器人。它基于仿生原理进行设计,结合人体工程学,可以穿戴于患肢。每个关节上都对应有单独的驱动装置,患者佩戴后可以确保机器人的运动模式和人体自由度同轴,可以实现更有效的康复训练。

在外骨骼机器人应用于康复领域的治疗时,这个充满希望的技术发展到什么程度?市场化的程度如何?能够解决什么样的需求?在应用的过程中又遇到了怎样的难题?本文将与您一同探讨。

传统康复大多依靠人力,康复治疗师稀缺

迈步机器人CEO陈功博士曾在钛媒体公开课中透露,我国康复产业不管是从人均康复理疗师的数量还是康复流程,都是相对来说落后的。在老百姓的认知中,康复也不是一个很必要的概念。

在我国致残率高达75%,而在国外只有30%左右,因为国外有成熟的一套康复体系,脱离急性期后马上进行康复,只有少部分人会有残疾。但是在我国,中风之后就回家一躺,一躺就再也起不来了。

在脑卒中患者的症状中,步态障碍对人的独立影响是最大的,同样,在康复过程中,一个病人需要好几个康复理疗师辅助,对人力的消耗非常大。

而且在我国康复理疗师的数量是严重不足的,根据我国中风病人的数量,我国需要40多万的康复理疗师,但是其实专业的从业人员只有两万左右,缺口非常大。所以说采用机器人来辅助人工进行康复是一个必然的趋势。而且在国外这种老龄化更严重、人力成本更高的地方,对机器人的需求也更加迫切。

机器人本身不知疲倦,非常适合高体力消耗、重复性的活动。而且机器人可以内置很多传感器,可以实时检测人体的状态,也可以做出评估,这样的话也不需要依赖康复理疗师的经验或者知识背景。而且康复机器人可以预先植入多样化的算法,可以实时根据人体的情况提供智能化的训练,达到更好的康复效果。

就医用的市场规模(B端市场)来看,根据初心资本的统计与推算,2017年我国仅有康复专科医院552家;根据国家统计局的数据显示,2017年全国共有综合医院11701家,据公开资料显示,2017年我国综合医院中设立康复科的医院比例在30%-35%,据此中国有康复科的综合医院约3500家-4000家。故我国对康复型外骨骼机器人有需求的康复医院总数约为4000家-4500家。

因此,以一家医院平均购买1-2台设备计算,中国康复型外骨骼机器人的存量需求约为9000台,市场规模约在几十亿,较低的渗透率使得纯粹面向B端市场规模较小。

而外骨骼机器人在C端市场的需求中,可以针对行走不便的老年人和无行走障碍的人群这三类提供服务。

根据初心资本的测算,对于轻度肢体残疾人群来说,其需求与老年人接近,参考助听器在听障人士中的渗透率:在我国约为5%,预计未来几年内助行外骨骼的渗透率可达1%,潜在需求量约为17万台;根据国家统计局数据显示,2017年我国老年人口数量达1.58亿人,预计到2020年我国老年人口能够达到1.8亿。

与轻度肢体残疾人群类似,预计渗透率为1%,潜在需求为158万台;无障碍人群的助行市场需求则暂未到来。

外骨骼“玩家”,发展如何?

从形态来看,外骨骼机器人可分为大型外骨骼机器人和可穿戴式外骨骼。

大型的机器人比如瑞士Hocoma公司生产的Lokomat(被蝶和收购),还有国产广州一康的外骨骼,都是在减重跑台的系统的基础上,增加外骨骼的功能。

这类设备单价较高,通常售价为数百万,供医院使用;常州钱璟的Flexbot,可以使人躺着也可以把人竖起来,腿部可以通过外骨骼带动下肢进行步态康复训练,这类系统有减重系统和外骨骼,与lokomat的区别在于底下没有跑台。

康复市场待激活,骨骼机器人何时落地?

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Lokomat Pro专业型下肢康复机器人(来源:Hocoma官网)

可穿戴机器人国外代表性产品有以色列公司ReWalkRobotics公司的ReWalk系列,日本Cyberdyne公司的HAL、美国BerkeleyBionics公司的eLEGS、新西兰RexBionics公司的REX。国内的创业公司,更多的也是研发可穿戴式机器人的企业。

康复市场待激活,骨骼机器人何时落地?

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HAL下肢外骨骼机器人(来源:HAL官网)

在这里我们统计了16家涉及外骨骼技术或外骨骼形态的机器人企业,基本情况列表如下:

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数据来源:动脉网知识库、企查查、IT桔子

从康复机器人类型来说,上肢与下肢是两个大类。其中外骨骼机器人的形态更多的适用于下肢。傅利叶智能创始人兼CEO顾捷表示,下肢的形态是外骨骼的结构会比较适用于临床,现在康复机器人是外骨骼的形态,上肢或者单关节不一定是外骨骼的形态,机器人在医院的康复训练方面,是绝对的刚需,可以辅助治疗师完成训练,家庭使用可以实现功能性的训练。

以Roceso为例,这家位于新加坡的上肢外骨骼手套研发商生产的软机器人解决方案为康复和日常生活中患有肢体运动功能障碍的患者提供功能性帮助。

据RocesoCEO王璐介绍,上肢的难度在于,手部关节的细小和运动方向的复杂。手肘是比较接近下肢的180度运动,肩膀、手腕的运动维度可能360度都会有不同的方向。

而手指的难度在于每个人的手指关节都有不一样的长度和运动方向,所以刚性外骨骼不太适用于上肢的康复,Roceso选择以布料织物和橡胶为主的柔性材料。

另外上肢外骨骼设计起来更复杂还有另一个原因,就是上肢各关节协调运动时的不确定性。下肢走路各关节的角度方向以及次序是可设定的,因此,对于下肢外骨骼来说,另一个好处就是步态学习。

从材料和关节驱动来看,外骨骼也可以分为柔性和刚性两类。对于下肢来说,要支撑偏瘫、截瘫甚至残疾患者的整个身体,达到行走的目的,还是只有刚性材料才能达到支撑的强度。

柔性外骨骼的开发难度主要体现在动力传递上,即如何安全准确的输出力量,这又涉及到基于人工智能算法的模式识别。即通过穿戴传感器数据,识别出步态周期中需要助力的时间点,并自适应各种行走模式。

外骨骼机器人的控制模型可以分为感知层、控制层和决策层。其中,控制系统需要确保外骨骼能快速准确的响应人体的各种动作,还要考虑外骨骼与不同操作者之间的默契,以适应不同操作者的运动特点,整体拥有较高的技术壁垒。

从公司定位来看,傅利叶智能并不算一家典型的外骨骼机器人企业,而是专注于研发多种形态的康复机器人公司,顾捷表示:“外骨骼机器人是从形态上定义的一类机器人,这是比较泛的概念,包覆在人的身体上的穿戴式机器人可以叫做外骨骼,从技术角度来讲主要用到机器人的技术、传感器的技术、算法的技术,属于比较宽泛的技术概念。”

傅利叶智能商务经理杨志豪告诉记者,傅利叶智能的外骨骼机器人产品的控制有好几种模式,一种是被动模式,机器人本身设置了被动的轨迹,患者在穿戴上机器人后,可根据标准轨迹行走;另外也有主动模式,根据采集的力学信号,进行助力行走。

“不同模式针对不同康复期的使用者。被动模式是针对下肢完全瘫痪的,比如说脊髓损伤的患者,然后主动模式更多的是针对偏瘫、脑卒中的患者,或者是非完全性脊髓损伤的患者,应用场景不太一样。”

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