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外骨骼机器人在众多令人热血沸腾的科幻电影里常常出现，它们通常会赋予角色超乎想象的力量与能力，让观众们在大荧幕前感受到科技与想象碰撞出的绚烂火花，提前看到这项科技会带来的无限可能。

例如《钢铁侠（Ironman）》中托尼·斯塔克的战甲让他成为了名副其实的钢铁侠，电影《流浪地球》中的动力装甲为人类在极端环境下的生存和工作提供了强大的支持，又比如《异形2（Aliens）》中，女主蕾普莉（Ellen Ripley）借助一种称为 “动力装载机” 的独特外骨骼装置，与凶猛的怪物展开殊死搏斗。

电影《异形2（Aliens）》剧照

这些影(yǐng)片中的外骨骼机器人形态各异、功能强大，让人类通过机械装置增强了体力与能力，突破了生理局限。而如今，外骨骼机器人不再是虚构的科技，它正在成为改变人类生活的现实工具。

游客攀登泰山的肯綮科技VICX外骨骼机器人

比如，在2025年春节期间投入泰山景区试用的肯綮科技VICX外骨骼机器人，自重仅1.8公斤，借助先进的人体工学设计以及动力、电子和(hé)AI算(suàn)法(fǎ)等(děng)核(hé)心(xīn)技(jì)术(shù)，能(néng)感(gǎn)知(zhī)穿(chuān)戴(dài)者(zhě)下(xià)肢(zhī)运(yùn)动(dòng)趋(qū)势(shì)并(bìng)精(jīng)准(zhǔn)助(zhù)力(lì)，一(yī)次(cì)充(chōng)电(diàn)可(kě)持(chí)续(xù)行(xíng)走(zǒu)超(chāo)5小(xiǎo)时(shí)、行(xíng)程(chéng)约(yuē)14公(gōng)里(lǐ) ，让(ràng)游(yóu)客(kè)爬(pá)山(shān)更(gèng)轻(qīng)松(sōng)。

傲鲨智能在该领域也成果显著，2024年7月推出结合外骨骼技术(shù)与(yǔ)人(rén)工(gōng)智能的 “启元 TR1”机器人，还推出多款如PES - U 储能上肢外骨骼(gé)等(děng) “千(qiān)元(yuán)级外骨骼” 产品，已拓展至 17个国家地区市场。

此外，傅利叶智能在康复外骨骼机器人领域持续发力，其产品能帮助肢体运动障碍患(huàn)者(zhě)康(kāng)复(fù)训(xun)练(liàn)，提(tí)升生活质量；北京理工大学研发的军用外骨骼可帮助士兵减轻(qīng)负(fù)重(zhòng)、提升作战效能；上海大学则在人机交互技(jì)术(shù)上实现突破，使外骨骼人机协作更自然流畅。这些进展都在不断推动外骨骼机器人技术迈向新高度，拓展其应用边界。

01

什么是外骨骼机器人(rén)？

外(wài)骨(gǔ)骼(gé)（Exoskeleton）一(yī)词源(yuán)于(yú)生(shēng)物(wù)学(xué)中(zhōng)昆(kūn)虫(chóng)和(hé)壳(ké)类(lèi)动(dòng)物(wù)的(de)坚(jiān)硬(yìng)外(wài)壳(ké)，主要(yào)为(wèi)昆(kūn)虫(chóng)和(hé)壳(ké)类(lèi)动(dòng)物(wù)提(tí)供(gōng)保(bǎo)护(hù)、补(bǔ)足(zú)与(yǔ)支(zhī)撑(chēng)，从(cóng)而(ér)增(zēng)强(qiáng)它(tā)们的运动、防护和适应环境的能力。

左(zuǒ)为昆虫的外骨骼结构，右为外骨骼机器人。

外骨骼机器人（Powered Exoskeleton）是一种穿戴式的可移动机械装置，通过电机、传感器、控制系统等技术协作，增强或恢复人体的运动能力。

这种机器人的出现，解决了传统助力工(gōng)具(jù)无(wú)法(fǎ)实(shí)现精准控制(zhì)的(de)问(wèn)题(tí)，使(shǐ)得(de)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)不(bù)仅能增强体力，还能精确地配合使用者的自然动作。

外骨骼机器人的发展并非一蹴而就，其起源可以追溯到十八世纪。早期的外骨(gǔ)骼(gé)雏(chú)形(xíng)结(jié)构(gòu)相(xiāng)对(duì)简(jiǎn)单(dān)，主要(yào)采用(yòng)了(le)较(jiào)为(wèi)笨(bèn)重(zhòng)的(de)金(jīn)属(shǔ)框(kuāng)架(jià)和(hé)简(jiǎn)单(dān)的(de)机(jī)械(xiè)传(chuán)动(dòng)装(zhuāng)置(zhì)，虽(suī)然(rán)能(néng)够(gòu)提(tí)供(gōng)一(yī)定(dìng)的(de)力(lì)量(liàng)辅(fǔ)助(zhù)，但(dàn)由(yóu)于(yú)技(jì)术(shù)限(xiàn)制(zhì)，存在着诸多问(wèn)题(tí)。

已(yǐ)知最早的类似外骨骼的装置是由俄罗斯工程师尼古拉斯·亚根（Nicholas Yagin） 于1890年开发的一种辅助运动装置。它使用储存在压缩气袋中的能量来协助移动，但仍需要额外人力来保持运动。

Hardiman装甲

到二十世纪六十年代，第一台真正与人类运动相结合的“移动机器”出现——Hardiman装甲。该装甲是由通用电气（General Electric）和美国武装部队（US Armed Forces）共同开发，主要动力是由液压和电力，并且存在力量反馈系统，让使用者可以感受到力与物体之间的作用。

该设备包含三十多个动力关节，可将使用者的力量放大了25倍，轻松举起一百多公斤的物体。然而Hardiman装甲的局限性很大，其自身680kg的重(zhòng)量(liàng)与(yǔ)不(bù)及(jí)时(shí)的传导结构，让该设备的实际用处大打折扣，最终该项目以失败告终。

02

现代外骨骼机器人技术突破：

科幻走进现实的可能性

随着科技的飞速发展，尤(yóu)其(qí)是(shì)进(jìn)入(rù)21世(shì)纪(jì)以(yǐ)来(lái)，材(cái)料(liào)科(kē)学(xué)、电(diàn)子(zi)技(jì)术(shù)、人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)等(děng)多(duō)个(gè)领(lǐng)域的(de)重(zhòng)大(dà)突(tū)破(pò)为(wèi)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)的(de)发(fā)展(zhǎn)注(zhù)入(rù)了(le)强(qiáng)大(dà)的(de)动(dòng)力(lì)。

在材料方面，新型轻质高强度材料的不断涌现，如碳纤维复合材料、钛合金等。这些材料不仅具有很(hěn)高(gāo)的(de)强(qiáng)度(dù)和(hé)刚(gāng)度(dù)，能(néng)够(gòu)承(chéng)受(shòu)较(jiào)大(dà)的(de)外(wài)力和扭矩，而且密度较低，大大减(jiǎn)轻(qīng)了(le)使(shǐ)用(yòng)者(zhě)的(de)负(fù)担(dān)。

同(tóng)时，柔性材料和智能材料的研究也在不断推进，如形状记忆合金、压电材料等，有望使外骨骼机器人能够更好地适应人体运动，提供更加自然、舒适的助力体验。

在电子技术方面，现代外骨骼机器人的运作机理关键在于精准感知、智能决策与高效执行。现如今电子技术的发展，让外骨骼机器人在感知、控制、驱动方面发展迅速。

微处理器运算速度的加快，能够在极短的时间内处理大量的传感器数据，使外骨骼机器人的智能化和精准控制成为了可能。而人工智能技术的应用更是让外骨骼机器人具备了 “学(xué)习(xí)” 和(hé) “适(shì)应(yīng)” 能(néng)力(lì)。

通(tōng)过(guò)机(jī)器(qì)学(xué)习(xí)算(suàn)法(fǎ)，外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)可(kě)以(yǐ)根(gēn)据(jù)使(shǐ)用(yòng)者(zhě)不(bù)同(tóng)的(de)身(shēn)体(tǐ)特(tè)征(zhēng)、运(yùn)动(dòng)习(xí)惯(guàn)和(hé)需(xū)求(qiú)，自(zì)动(dòng)调整控制策略和模式。例如(rú)，在(zài)康(kāng)复(fù)医(yī)疗(liáo)领(lǐng)域使(shǐ)用(yòng)的(de)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)，能(néng)够(gòu)在(zài)与(yǔ)患(huàn)者(zhě)的(de)互(hù)动(dòng)过(guò)程(chéng)中(zhōng)，不(bù)断(duàn)学(xué)习(xí)患(huàn)者(zhě)的(de)康(kāng)复(fù)进(jìn)展(zhǎn)情(qíng)况(kuàng)和(hé)运(yùn)动(dòng)能(néng)力(lì)变(biàn)化(huà)，从(cóng)而(ér)为患者提供个性化的康复训练方案。

随着深度学习技术的发展，外骨骼机器人还能够对复杂的环境信息进行分析和处理，提高其在不同场景下的适应性和安全性。例如，当外骨骼机器人在户外崎岖不平的地形上辅助使用者行走时，它可以通过视觉传感器识别地形特征，自动调整脚步的高度和姿态，避免使用者摔倒。

03

多(duō)种(zhǒng)多(duō)样(yàng)的(de)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)

现(xiàn)如(rú)今(jīn)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)种(zhǒng)类(lèi)繁(fán)多(duō)，这(zhè)些(xiē)看(kàn)似(shì)功(gōng)能(néng)相(xiāng)近(jìn)的(de)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)，其(qí)实(shí)有(yǒu)着(zhe)多(duō)种(zhǒng)多(duō)样(yàng)的(de)分(fēn)类(lèi)方(fāng)式(shì)，每(měi)一(yī)种(zhǒng)分(fēn)类(lèi)背(bèi)后(hòu)都(dōu)蕴含着其独特的设计理念、应用范围和技术特点。

从特定部位来看，外骨骼机器人可分为上肢、下肢、全身三大类。

上肢指的是为人体上半部分制造的外骨骼，涉及胸部、头部、背部、肩部。下肢指的是为人体下半部分制造的外骨骼，涉及大腿、小腿、臀部。全身则指的是为提高人类全身或者大部分机能而制造的外骨骼机器人。

此外，还有针对特定肢体和特定关节的，包括为膝盖、脚踝、手、手臂、脚等设计的外骨骼机器人。

左为上肢，中间为下肢，右为全身。

从结构看，外骨骼机器人可分为刚性和柔性两类。刚性外骨骼是由硬质材料，如金属、塑料、纤维等制成，并且通常具有刚性框架。也是我们通常印象中的机(jī)器(qì)人形象。

而柔性外骨骼通常采用轻质、耐用的功能性纺织品，并且在关键部位存在弹性装置，使整体机器人质量轻、灵活度高、更符合人体生理结构。

左为刚性，右为柔性。

从给予用户帮助的类型来看，外骨骼机器人可分为主动和被动两类：主动类指这些外骨骼执行运动时不需要使用者额外费力，执行运动所需的能量由外部能源提(tí)供。被动类的外骨骼机器人没有额外电源，必须需要使用者实行一定的运动行为才能发挥作用。

最后从外骨骼机器人的应用领域来看，如今市面上的外骨骼机器人主要分为两类：

一种是针对特定关节性助力的人体增强类的外骨骼，这种外骨骼主要是用来增加人的力量，拓展能力上限；另一种则是康复类外骨骼，主要用于医疗康复领域，比如辅助瘫痪病人行走。

因此，外骨骼机器人主要会涉及医疗、工业、军事领域。

04

瘫(tān)痪(huàn)患(huàn)者(zhě)重(zhòng)新(xīn)行(xíng)走(zǒu)的(de)曙(shǔ)光(guāng)

在医疗领域，外骨骼机器人为众多瘫痪患者带来了重新行走的希望。以ReWalk外骨骼机器人为例，它是一款在全球范围内广泛应用于脊髓损伤患者康复治疗的先进设备。许多因意外事故导致脊髓受损而瘫痪的患者，在借助ReWalk外骨骼机器人进行康复训练后，取得了令人瞩目的康复效果。

借助外骨骼机器人站起来的瘫痪患者

如果某人在一次车祸中不幸脊髓受伤，导致下半身完全失去知觉和运动能力。在引入外骨骼机器人之前，类似的瘫痪患者往往只能依赖轮椅生活，其日常活动受到极大的限制。然而，现在，在专业康复治疗师的指导下，他们可以穿戴外骨骼机器人进行康复训练。

外骨骼机器人能够通过传感器精确感知患者上半身的微小运动，如身体重心的转移、手臂的摆动等，并将这些运动信息转化为外骨骼腿部行走的动作指令。

经过长时间的坚持训练，患者有可能逐渐恢复部分腿部肌肉的控制能力，并能够在外骨骼机器人的辅助下站立起来，甚至缓慢行走。尽管目前接受康复训练的患者还不能完全脱离外骨骼机器人实现独立行走，但这一显著的进步已经极大地改善了他们的生活质量。

除了帮助瘫痪患者恢复行走能力外，外骨骼机器人在其他康复治疗领域也有着广泛的应用。

例如对于脑瘫儿童的康复训练，外骨骼机器人同样有着不可替代的作用。由于脑瘫儿童的肌肉控制能力和运动协调性较差，多数成年后会失去独立行走的能力。

目前传统治疗方法只有手术与药物注射，而专门为脑瘫儿童设计的外骨骼机器人则可以通过温柔而精准的动作辅助，帮助孩子们进行站立、行走、平衡等基础运动能力的训练，有效改善了患儿病态的蹲伏姿势，恢复其运动能力。

可以想象，在未来，外骨骼机器人在康复治疗方面将取得更加惊人的突破。也许有一天，外骨骼机器人能够通过与人体神经系统的深度连接，利用神经再生技术和生物电刺激疗(liáo)法(fǎ)，刺(cì)激(jī)受(shòu)损(sǔn)的(de)脊(jí)髓(suǐ)神(shén)经(jīng)重(zhòng)新(xīn)生(shēng)长(zhǎng)和(hé)修(xiū)复(fù)。

就(jiù)像(xiàng)电(diàn)影(yǐng)《阿(ā)凡(fán)达(dá)》中(zhōng)所(suǒ)展(zhǎn)现(xiàn)的(de)那(nà)样(yàng)，通(tōng)过(guò)先(xiān)进(jìn)的(de)生(shēng)物(wù)技(jì)术(shù)和(hé)机(jī)械(xiè)装(zhuāng)置(zhì)的(de)结(jié)合(hé)，使(shǐ)瘫(tān)痪(huàn)患(huàn)者(zhě)不(bù)仅(jǐn)能(néng)够(gòu)重(zhòng)新(xīn)行(xíng)走(zǒu)，甚(shén)至(zhì)能(néng)够(gòu)像(xiàng)正(zhèng)常(cháng)人(rén)一(yī)样(yàng)感(gǎn)受(shòu)腿(tuǐ)部(bù)的(de)触(chù)觉(jué)、温(wēn)度(dù)觉(jué)等(děng)各(gè)种(zhǒng)感(gǎn)觉(jué)，真(zhēn)正(zhèng)实(shí)现(xiàn)身(shēn)体(tǐ)功(gōng)能(néng)的(de)全面(miàn)恢(huī)复(fù)。

电(diàn)影(yǐng)《阿(ā)凡(fán)达(dá)（Avatar）》剧(jù)照(zhào)

05

人(rén)类(lèi)力(lì)量(liàng)升(shēng)级(jí)的(de)增(zēng)幅(fú)器(qì)

在(zài)工(gōng)程(chéng)制(zhì)造(zào)领(lǐng)域，外(wài)骨骼机器人可以为工人减轻繁重体力劳动的负担，提高生产效率。在汽车制造工厂、航空航天试验场以及物流仓库等地方，都需要工人每天搬运大量的重物，频繁操作重量大的机械部件等。传统的方式主要依靠工人手动操作起重机或搬运工具，不仅劳动强度大，而且容易出现安(ān)全事(shì)故(gù)。

现(xiàn)在(zài)，一(yī)些(xiē)企(qǐ)业(yè)引(yǐn)入(rù)了(le)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)来(lái)协(xié)助(zhù)工(gōng)人(rén)完(wán)成(chéng)这(zhè)些(xiē)繁(fán)重(zhòng)的(de)任(rèn)务(wu)。这(zhè)些(xiē)工(gōng)业(yè)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)通(tōng)常(cháng)具(jù)备(bèi)强(qiáng)大(dà)的(de)动(dòng)力(lì)系(xì)统(tǒng)和(hé)稳(wěn)定(dìng)的(de)结(jié)构(gòu)设(shè)计(jì)，能(néng)够(gòu)轻(qīng)松(sōng)地(de)搬(bān)运(yùn)和(hé)移(yí)动(dòng)重(zhòng)型(xíng)零(líng)部(bù)件(jiàn)。工(gōng)人(rén)只(zhǐ)需(xū)穿(chuān)戴(dài)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)，通(tōng)过(guò)简(jiǎn)单(dān)的(de)操(cāo)作(zuò)指(zhǐ)令(lìng)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)让(ràng)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)与(yǔ)自(zì)己(jǐ)协(xié)同(tóng)工(gōng)作(zuò)，降(jiàng)低(dī)了(le)工(gōng)作(zuò)强(qiáng)度(dù)，并(bìng)且(qiě)很(hěn)好(hǎo)地(de)保(bǎo)护(hù)到(dào)工(gōng)人(rén)的(de)健(jiàn)康(kāng)。

熬(áo)鲨(shā)智(zhì)能(néng)官(guān)网(wǎng)展(zhǎn)示(shì)的(de)工(gōng)业(yè)型(xíng)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)

在(zài)军(jūn)事(shì)领(lǐng)域，外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)正(zhèng)逐(zhú)渐(jiàn)改(gǎi)变(biàn)着(zhe)战(zhàn)争(zhēng)的(de)模(mó)式(shì)和(hé)士(shì)兵(bīng)的(de)作(zuò)战(zhàn)方(fāng)式(shì)。例(lì)如(rú)美(měi)军(jūn)正(zhèng)在(zài)研(yán)发(fā)的(de)新(xīn)型(xíng)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)机(jī)器(qì)人(rén)项(xiàng)目(mù)——伯(bó)克(kè)利(lì)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)系(xì)统(tǒng)The Berkeley exoskeleton system（BLEEX）。

伯(bó)克(kè)利(lì)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)系(xì)统(tǒng)（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：美(měi)国(guó)伯(bó)克(kè)利(lì)大(dà)学(xué)网(wǎng)站(zhàn)）

伯(bó)克(kè)利(lì)外(wài)骨(gǔ)骼(gé)系(xì)统(tǒng)可(kě)以(yǐ)为(wèi)士(shì)兵(bīng)、救(jiù)灾(zāi)人(rén)员(yuán)、战(zhàn)斗(dòu)机(jī)驾(jià)驶(shǐ)员(yuán)和(hé)其(qí)他(tā)紧(jǐn)急(jí)救(jiù)援(yuán)人(rén)员(yuán)提(tí)供(gōng)了(le)一(yī)种(zhǒng)大(dà)量(liàng)增(zēng)加(jiā)自(zì)身(shēn)负(fù)载(zài)量(liàng)的(de)能(néng)力(lì)。

这(zhè)套(tào)系(xì)统(tǒng)还(hái)可(kě)以(yǐ)让(ràng)使(shǐ)用(yòng)者(zhě)在(zài)任(rèn)何(hé)类(lèi)型(xíng)的(de)地(de)形(xíng)上(shàng)、以(yǐ)最(zuì)小(xiǎo)的(de)耗(hào)力(lì)长(zhǎng)时(shí)间(jiān)携(xié)带(dài)食(shí)品(pǐn)、救(jiù)援(yuán)设(shè)备(bèi)、急(jí)救(jiù)用(yòng)品(pǐn)、通(tōng)信(xìn)设(shè)备(bèi)和(hé)武(wǔ)器(qì)等(děng)负(fù)载(zài)物(wù)，同(tóng)时(shí)可(kě)以(yǐ)灵(líng)活(huó)的(de)做(zuò)出(chū)各(gè)种(zhǒng)动(dòng)作(zuò)，如(rú)蹲(dūn)下(xià)、弯(wān)曲(qū)、左(zuǒ)右(yòu)摆(bǎi)动(dòng)、扭(niǔ)转(zhuǎn)、在(zài)上(shàng)坡(pō)和(hé)下(xià)坡(pō)上(shàng)行(xíng)走(zǒu)和(hé)跑(pǎo)步(bù)，以(yǐ)及(jí)在(zài)携(xié)带(dài)设(shè)备(bèi)和(hé)用(yòng)品(pǐn)时(shí)越(yuè)过(guò)障(zhàng)碍(ài)物(wù)等(děng)。

BLEEX项(xiàng)目(mù)的(de)主要目标是创造一个自我供电的外骨骼，其力量和耐力增强人类是符合人体工程学的，并且高度可折叠，机械坚固，重量轻，耐用。

电影《明日边缘（Edge of Tomorrow）》剧照

未来的军事外骨骼机器人可能会综合众多高科技功能，就像在电影《明日边缘》中那样。它将集超强力量、高机动性、自适应伪装于一体，能依环境变换外观隐匿身形；内置智能战术分析模块，连通卫星与无人机，为士兵呈现动态战场全貌并预判敌方行动；还可能实现神经连接交互，士兵以脑电信号精准控机，达成人机高度协同，大幅提升作战效能与生存能力。

参考资料

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邢凯,赵新华,陈炜,等.外骨骼机器人的研究现状及发展趋势[J].医疗卫生装备, 2015, 36(1):4.DOI:10.7687/J.ISSN.1003-8868.2015.01.104.

https://www.army-technology.com/projects/raytheon-xos-2-exoskeleton-us/?cf-view&cf-click&cf-minimized&cf-view&cf-closed

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https://news.qq.com/rain/a/20250204A03CCP00

策划：张超 李培元 杨柳

审核：付昌义 南京工业大学副教授

江苏省科普作家协会科幻专委会主任委员