Egzoszkielet

Przeciwieństwem egzoszkieletu jest endoszkielet – wewnętrzny szkielet występujący u kręgowców, w tym u ludzi. Podczas gdy endoszkielet zapewnia wsparcie dla ciała od wewnątrz, techniczny egzoszkielet jest przymocowany na zewnątrz ciała i przejmuje część zadania polegającego na jego wsparciu i stabilizacji. Egzoszkielet nie jest robotem w ścisłym tego słowa znaczeniu: chociaż aktywne egzoszkielety są wyposażone w silniki i systemy do oszczędzania energii, a zatem poruszają się o własnym napędzie, to jednak podążają za ruchami i intencjami użytkownika oraz zapewniają ukierunkowane wsparcie, nie narzucając mu własnych ruchów.

Podstawowa zasada jest podobna w wszystkich kształtach: egzoszkielet odciąża struktury ciała poddane szczególnym obciążeniom i rozkłada je na bardziej stabilne obszary lub pochłania je mechanicznie. Odciąża to aktywne mięśnie, które w przeciwnym razie musiałyby wykonywać całą pracę związaną z utrzymaniem postawy i podnoszeniem ciężarów.

Z technicznego punktu widzenia osiągnięcie tego odbywa się na różne sposoby – poprzez elementy nośne zdolne do pochłaniania naprężeń, w wsparciu których znajdują się na przykład elementy sprężynowe, amortyzatory gazowe lub, w modelach z napędem silnikowym, przez napędy i czujniki. To, które rozwiązanie nadaje się do danej aplikacji, zależy od rodzaju napędu (pasywnego lub aktywnego) oraz projektowych cech (sztywnych lub miękkich).

Według obszaru ciała, które ma otrzymać wsparcie

Kluczowym czynnikiem przy dokonywaniu wyboru jest zazwyczaj obszar ciała, w którym egzoszkielet ma odciążać:

• Egzoszkielety pleców i tułowia odciążają kręgosłup lędźwiowy podczas podnoszenia ciężarów i pochylania się do przodu. Najczęściej stosuje się je w logistyce, branżach przemysłowych i zawodach wymagających wysokich kwalifikacji.
• Egzoszkielety nóg, kolan i bioder pomagają w przysiadach, klękaniu i wstawaniu, a także zapewniają stabilność podczas wykonywania zadań w pozycji pionowej.
• Egzoszkielety ramion i nad głową zapewniają ukierunkowane wsparcie dla ramion podczas wykonywania zadań ręcznych na wysokości klatki piersiowej i nad głową, takich jak montaż, instalacje czy budowa płyt kartonowo-gipsowych.
• Egzoszkielety dłoni i palców zapewniają wzmocnienie siłychwytu podczas długotrwałych lub wymagających dużej siły zadań związanych z chwytaniem.
• Egzoszkielety całego ciała łączą w sobie wiele obszarów wsparcia i są stosowane głównie w zastosowaniach specjalnych lub wojskowych.

Według systemu napędowego i projektu konstrukcyjnego

Niezależnie od obszary ciała objętego wsparciem, egzoszkielety można klasyfikować na podstawie ich systemu napędowego i projektowych elementów konstrukcyjnych. Jeśli chodzi o układy napędowe, rozróżnia się systemy pasywne bez silnika oraz systemy aktywne z silnikiem i źródłem zasilania (np. akumulatorem). W odniesieniu do projektowych aspektów rozróżnia się egzoszkielety sztywne o stałej ramie oraz tzw. egzoszkielety miękkie, które składają się z elastycznych materiałów tekstylnych.

Egzoszkielet NEXO Pro zginający tułów firmy Schmalz

NEXO Pro firmy Schmalz to sztywny egzoszkielet zginający tułów: odciąża kręgosłup lędźwiowy w dolnej części pleców podczas podnoszenia i zginania się do przodu. Jest to system pasywny – działa wyłącznie mechanicznie, bez silnika ani akumulatorów.

Przemysłowe egzoszkielety znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie nie da się zautomatyzować — lub da się zautomatyzować jedynie częściowo — czynności wymagających dużego wysiłku fizycznego, takich jak:

• Logistyka i magazynowanie: kompletacja zamówień, paletyzacja i depaletyzacja, załadunek i rozładunek — zadania wymagające częstego podnoszenia.
• Rzemiosło i budowa: prace na wysokości, montaż płyt gipsowo-kartonowych, układanie płytek i malowanie oraz powtarzalne podnoszenie materiałów.
• Produkcja i montaż: obsługa materiałów, prace na liniach montażowych i montażowe, produkcja.
• Opieka i służba zdrowia: zmiana pozycji i mobilizacja pacjentów.
• Służby wojskowe i ratownicze: przenoszenie ciężkiego sprzętu na duże odległości.

Korzyści

• Ukojenie dla nadwyrężonych mięśni i przegubów, a tym samym zmniejszenie zmęczenia fizycznego
• Możliwość ograniczenia dolegliwości związanych z przeciążeniem oraz absencji
• Bardziej stabilna wydajność pracy przez całą zmianę
• Namacalny wkład w zdrowie w miejscu pracy oraz atrakcyjność pracodawcy, zwłaszcza w obliczu starzejącego się personelu i niedoboru wykwalifikowanych pracowników

Wady i ograniczenia

• Nie zastępuje prawidłowych technik podnoszenia, technicznych środków pomocniczych oraz ergonomicznej organizacji pracy
• Konieczny jest okres dostosowawczy oraz akceptacja ze strony pracowników
• Nie każde zadanie ani każda część ciała może być równie dobrze wspierana
• W bardzo ciasnych przestrzeniach swoboda ruchów może być ograniczona
• Systemy aktywne zwiększają wagę i wymagają dodatkowej konserwacji

Egzoszkielety w szczególności zmniejszają obciążenie fizyczne dokładnie tam, gdzie ono występuje — podczas podnoszenia ciężkich ładunków, pracy nad głową lub w pozycji pochylonej. W zakresie bezpieczeństwa pracy są one klasyfikowane jako narzędzie uzupełniające, które musi być dostosowane do konkretnej sytuacji obciążenia.

Dlatego przed wprowadzeniem ich do miejsca pracy konieczna jest ocena ryzyka dostosowana do konkretnego zadania: pozwala ona ustalić, który system jest odpowiedni dla danego stanowiska pracy, czy dopasowanie i komfort są właściwe oraz czy egzoszkielet powoduje jakiekolwiek nowe obciążenia – na przykład wynikające z dodatkowej wagi lub ograniczonej swobody ruchów. Wytyczne w tej kwestii udostępniają stowarzyszenia ubezpieczeń od wypadków przy pracy oraz DGUV.