Industrielle exoskeletter

Eksoskeletter, der anvendes på arbejdspladsen, kaldes “industrielle exoskeletter”. Deres formål er at øge, forstærke eller forstærke ydeevnen af en arbejdstagers eksisterende kropsdele – primært den nederste del af ryggen og de øvre ekstremiteter (arme og skuldre). På trods af manglende forskning hævder producenterne af disse anordninger, at de øger produktiviteten, forbedrer arbejdskvaliteten og reducerer risikoen for arbejdsrelaterede muskel- og skeletbesvær (WMSD). En ny kommentar fra NIOSH i American Journal of Industrial Medicine fremhæver nogle af de potentielle fordele og risici ved exoskeletter til brug i industrien. Artiklen advarer om, at før der sker en udbredt implementering af industrielle exoskeletter, er der behov for forskning for at evaluere effektiviteten af exoskeletter på tværs af forskellige industrisektorer.

I USA er de økonomiske konsekvenser af WMSD’er hurtigt stigende. WMSD’er tegnede sig for en samlet økonomisk indvirkning på 367,1 mia. dollars i 1996 og 796,3 mia. dollars i 2009-2011, hvilket er en stigning på 117 %.,. Hvis exoskeletterne kunne reducere de mekaniske stressfaktorer, der er forbundet med manuelle materialehåndteringsopgaver, ville de have potentiale til at reducere de høje rater af WMSD’er, der ses i mange industrier.

Der findes to hovedtyper af industrielle exoskeletter. Et “aktivt” exoskelet kan drives af aktuatorer som f.eks. elmotorer, pneumatik, hydraulik eller en kombination af disse teknologier og kaldes ofte for et “robot-eksoskelet”. Naturlige menneskelige bevægelser driver et “passivt” exoskelet gennem fjedre og modvægtskræfter. De fleste kommercielt tilgængelige industrielle exoskeletter kan inddeles i følgende kategorier: (a) rygstøtte, (b) skulder- og armstøtte, (c) værktøjsholder/støtte og (d) benstøtte. Exoskeletter med rygstøtte anvendes primært til at yde generel støtte til lænderygsøjlen, til at opretholde en korrekt kropsholdning og til at hjælpe under løft eller statisk fastholdelse af opgaver. Skulderassistenter og exoskeletter til støtte for overtallige (ikke-antropomorfe) armværktøjer anvendes til at støtte de øvre ekstremiteter under vedvarende arbejde over hovedet eller til at hjælpe med at holde tungt værktøj. Benhjælpsanordninger giver støtte til hofte-, knæ- eller ankelleddet i simple bevægelser eller under transport af en belastning eller fungerer som et alternativ til en stol til aflastning af stående arbejde i lange perioder.

Bærbare exoskeletanordninger kan være gavnlige til at reducere muskuloskeletale belastninger, der ellers ikke reduceres ved ændringer i tekniske processer.

De kan derefter føre til en reduktion af WMSD-symptomer og muligvis WMSD-forekomstraten. De fleste undersøgelser til dato har imidlertid kun omfattet et lille antal deltagere (mange undersøgelser med mindre end 15 deltagere) i laboratoriemiljøer, hvilket gør det vanskeligere at drage sikre konklusioner om fordelene ved industrielle exoskeletter på trods af forventningerne om deres rolle i forbindelse med forebyggelse af skader. Den hidtidige forskning identificerer følgende potentielle fordele og risici i forbindelse med brugen af exoskeletter på arbejdspladsen.

Potentielle fordele

Eksoskeletter til lav ryg

• Dynamiske løft ved hjælp af et passivt exoskelet, der er designet til at mindske belastningen på rygsøjlen og forbedre kropsholdning, viste, at exoskeletterne mindskede muskelaktiviteten og reducerede belastningen af rygmuskulaturen, hvilket resulterede i et fald i den samlede træthed i rygmuskulaturen.
• Statisk bøjning af bagkroppen reducerede muskelaktivitet og spinal belastning.
• Et bærbart exoskelet er blevet designet til at hjælpe bygningsarbejdere med at arbejde i mere neutrale stillinger for at reducere belastning af lænderyggen.

Exoskeletter til øvre ekstremiteter

• Undersøgelser har vist, at exoskeletter til øvre ekstremiteter kan spille en rolle med hensyn til at reducere skulder-WMSD’er. Skulderassisterende exoskeletter har vist sig at mindske ubehag i skulderen og samtidig øge produktiviteten og arbejdskvaliteten blandt malere og svejsere.
• Den reducerede belastning af deltoideusmusklen er blevet vist for forskellige typer af overheadopgaver under anvendelse af et skulderassisterende exoskelet.
• De spinale kompressionskræfter faldt med næsten 20 %, og forskydningskræfterne faldt med 30 % ved brug af exoskeletter.
• Når exoskeletter til øvre ekstremiteter anvendes sammen med et proaktivt ergonomisk program, kan sådanne enheder reducere risikofaktorer forbundet med arbejdsrelaterede skulderskader.

Potentielle risici

• Den amerikanske forbrugerproduktsikkerhedskommission (CPSC) advarede om, at der kan opstå muskelforstrækning, hvis et motoriseret exoskelet bevæger sig ud over det normale bevægelsesområde for en brugers led(e). Bærbare enheder kan forårsage hudirritation eller kemiske forbrændinger, hvis et exoskeletbatteri lækker ætsende materialer. Hvis et exoskeletbatteri pludselig aflader sin lagrede energi, kan der opstå termiske forbrændinger.
• En undersøgelse viste, at brugen af et tungt værktøj (13,6 kg) med en vestmonteret stabiliserende arm resulterede i en øget belastning af rygsøjlen. Dette illustrerer vigtigheden af at tilpasse et exoskeletsystem hensigtsmæssigt til opgavens karakteristika.
• I en undersøgelse reducerede eksoskeletanordninger til de øvre ekstremiteter ikke den samlede belastning på arbejdstageren, men flyttede snarere belastningen fra skuldrene til den nedre del af ryggen og benene.
• Andre risici omfatter tryksår eller komprimerede nerver ved langvarig brug.
• I forsøg i byggebranchen har arbejderen givet udtryk for bekymring over hygiejnen. Når udstyret bruges af flere personer, kan dårlig hygiejne sprede smitsomme sygdomme, især i varmere klimaer.
• Nogle exoskeletter er uhåndterbare eller besværlige og kan begrænse brugerens samlede mobilitet, herunder evnen til at undgå kollisioner med en genstand i bevægelse.
• Nogle exoskeletter kan flytte brugerens tyngdepunkt betydeligt, hvilket medfører balanceproblemer og mindsker brugerens evne til at komme sig efter at have mistet balancen.
• Der er potentiale for overdreven afhængighed af exoskelet-teknologi. Brugen af exoskeletter bør begrænses til at tage højde for restrisici – risici, der ikke kan elimineres ved hjælp af tekniske kontrolforanstaltninger.
• Risikooverførsel er en yderligere overvejelse. Hvis et exoskelet øger den tid, en arbejdstager kan holde et værktøj, kan dette øge andre eksponeringer, der forekommer på samme tid i lange perioder, såsom håndtransmitterede vibrationer, støj og eksponering for respirable toksiner.

Denne blog berører de vigtigste punkter vedrørende den fremtidige brug af exoskeletter på arbejdspladsen. En mere dybdegående diskussion kan findes i artiklen. Før der sker en udbredt implementering af industrielle exoskeletter, er der behov for forskning for at evaluere exoskeletternes effektivitet med hensyn til at reducere risikofaktorerne for WMSD’er i forbindelse med forskelligt industrielt arbejde på tværs af forskellige industrisektorer. Forskningsmiljøet inden for sikkerhed og sundhed på arbejdspladsen og dem, der gennemfører brugen af exoskeletter på arbejdspladsen, bør arbejde sammen om at udvikle en forskningsstrategi for at udfylde de nuværende huller i viden om sikkerhed og sundhed og forstå fordelene, risiciene og hindringerne for indførelsen af industrielle exoskeletter. Det er også afgørende at afgøre, om exoskeletter kan betragtes som en type personligt beskyttelsesudstyr, og at arbejde sammen om at fremme konsensusstandarder, der omhandler sikkerhed i forbindelse med exoskeletter.

NIOSH deltager sammen med flere andre forbundsmyndigheder i ASTM Committee F48 on Exoskeletons and Exosuits. Dette udvalg til udvikling af standarder behandler potentielle risici gennem en række standardiseringsaktiviteter. De emner, der er aktive eller under udvikling, omfatter: sikkerhedsovervejelser i forbindelse med design og valg af exoskeletter, systemtræning, håndtering af belastning ved brug af et exoskelet, registrering af miljøforhold med henblik på anvendelse af testmetoder for exoskeletter, mærkning af og information om exoskeletter og exodragter samt instruktioner om slid, pleje og vedligeholdelse.

NIOSH planlægger flere forskningsprojekter, herunder (1) vurdering af virkningerne af rygstøttende exoskeletter ved manuel materialehåndtering i engros- og detailhandelssektoren; (2) vurdering af de langsigtede sundhedsmæssige virkninger af passive skulder-exoskeletter i fremstillingssektoren, (3) evaluering af sikkerhedsrisici, der potentielt er forbundet med exoskeletter ved arbejde på forhøjede overflader i byggesektoren, (4) undersøgelse af muligheden for at anvende exoskeletter til sikker patienthåndtering i sundhedssektoren, (5) undersøgelse af anvendelsen af exoskeletter i mineindustrien og (6) evaluering af exoskeletsystemer til reduktion af håndtransmitterede vibrationer.

Hvis du har brugt eller overvejer at bruge exoskeletter på din arbejdsplads, bedes du give input til følgende spørgsmål i kommentarfeltet nedenfor.

1. Hvilken erfaring har du med at bruge exoskeletter til industrielt arbejde?
2. Hvilken slags hindringer har du mødt i forbindelse med indførelsen af exoskeletter på din arbejdsplads?
3. Hvilke spørgsmål eller bekymringer vil du gerne se behandlet i konsensusstandarder for industrielle exoskeletter?

John Howard, MD, er direktør for National Institute for Occupational Safety and Health.

Vladimir Murashov, PhD, er seniorforsker i NIOSH’s Office of the Director.

Brian D. Lowe, PhD, CPE, er forskningsindustriel ingeniør i NIOSH’s Division of Field Studies and Engineering.

Jack Lu, PhD, CPE, er en forskningsergonom i NIOSH Division of Field Studies and Engineering og leder af NIOSH Musculoskeletal Health Cross-Sector Program.

For More Information

Proceeding of te 2018 Ergo-X Symposium: Exoskeletons in the Workplace-Assessing Safety, Usability, and Productivity

The Center for Occupational Robotics Research

Exoskeletons in the Construction: Vil de reducere eller skabe risici?

Bærbare exoskeletter til reduktion af den fysiske belastning på arbejdspladsen

Bærbare teknologier til forbedring af sikkerhed og sundhed på byggepladser

Goldenhar LM, LaMontagne AD, Katz T, Heaney C, Landsbergis P. The intervention research process in occupational safety and health: an overview from the National Institute for Occupational Safety and Health intervention effectiveness research team. J Occup Environ Med. 2001;43(7):616-622. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11464392

American Academy of Orthopaedic Surgeons. U.S. Bone and Joint Initiative. Byrden af muskel- og skeletsygdomme i USA. 3rd Ed. Rosemont, Illinois: U.S. Bone and Joint Initiative; 2016. https://www.boneandjointburden.org/docs/The%20Burden%20of%20Musculoskeletal%20Diseases%20in%20the%20United%20States%20(BMUS)%203rd%20Edition%20(Dated%2012.31.16).pdf

Yelin E, Weinstein S, King T. The burden of musculoskeletal diseases in the United States. Semin Arthritis Rheu. 2016;46(3):259-260. https://doi.org/10.1016/j.semarthrit.2016.07.013

Bostelman R, Messina E, Foufou S. Udvikling af standardtestmetoder på tværs af brancher: fra fremstilling til bærbare robotter. Front Inform Technol Electron Eng. 2017;18(10):1447-1457.

Marinov B. Typer og klassifikationer af exoskeletter. Exoskeleton Report. 2015. https://exoskeletonreport.com/2015/08/types‐andclassifications‐of‐exoskeletons/. Tilgået den 1. september 2019.

de Looze MP, Bosch T, Krause F, Stadler KS, O’Sullivan LW. Exoskeletter til industriel anvendelse og deres potentielle virkninger på den fysiske arbejdsbelastning. Ergonomics. 2015;59(5):671-681.

Rashedi E, Kim S, Nussbaum MA, Agnew MJ. Ergonomisk evaluering af et bærbart hjælpemiddel til arbejde over hovedet. Ergonomics. 2014; 57(12):1864-1874. https://doi.org/10.1080/00140139.2014.952682

Zoss AB, Kazerooni H, Chu A. Biomekanisk design af Berkeley lower extremity exoskeleton (BLEEX). IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2006;11(2):128-138. https://ieeexplore.ieee.org/document/1618670

Kim W, Lee H, Kim D, Han J, Han C. Mechanical design of the Hanyang exoskeleton assistive robot (HEXAR). 14th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS 2014). https://ieeexplore.ieee.org/document/6988049. Tilgået den 31. oktober 2019.

Luger T, Cobb TJ, Seibt R, Rieger MA, Steinhilber B. Subjektiv evaluering af et passivt industrielt exoskelet til underbenet, der anvendes under simuleret samling. IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors. 2019:1-10. https://doi.org/10.1080/24725838.2018.1560376

Lowe BD, Dick RB, Hudock S, Bobick T. Wearable exoskeletons to reduce physical load at work. NIOSH Science Blog. 2016. https://blogs. cdc.gov/niosh-science-blog/2016/03/04/exoskeletons/. Tilgået den 1. september 2019.

Lowe B, Billotte WG, Billotte WG, Peterson DR. ASTM F48 dannelse og standarder for industrielle exoskeletter og exodragter. IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors. 2019:1-7. https://doi.org/10.1080/24725838.2019.1579769

Bosch T, van Eck J, Knitel K, de Looze M. Effekten af et passivt exoskelet på muskelaktivitet, ubehag og udholdenhedstid ved arbejde i fremadbøjet stilling. Appl Ergon. 2016;54:212-217. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2015.12.003

Theurel J, Desbrosses K, Roux T, Savescu A. Fysiologiske konsekvenser af brug af et exoskelet til de øvre lemmer under manuelle håndteringsopgaver. Appl Ergon. 2018;67:211-217. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2017.10.008

Kim S, Nussbaum MA, Esfahani MIM, Alemi MM, Alabdulkarim S,Rashedi E. Vurdering af indflydelsen af en passiv, exoskeletal vest til øvre ekstremiteter til opgaver, der kræver armelevation: Del I – “Forventede” virkninger på ubehag, skuldermuskelaktivitet og udførelse af arbejdsopgaver. Appl Ergon. 2018;70:315-322. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2018.02.025

Kim S, Nussbaum MA, Esfahani MIM, Alemi MM, Jia B, Rashedi E. Vurdering af indflydelsen af en passiv, eksoskeletal vest til øvre ekstremiteter til opgaver, der kræver armelevation: Del II – “Uventede” virkninger på skulderbevægelse, balance og belastning af rygsøjlen. Appl Ergon. 2018;70:328-330. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2018.02.024

Baltrusch SJ, van Dieen JH, van Bennekom CAM, Houdijk H. Effekterne af et passivt exoskelet til bagkroppen på funktionel ydeevne hos raske personer. Appl Ergon. 2018;72:94-106. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2018.04.007

Huysamen K, Bosch T, de Looze M, Stadler KS, Graf S, O’Sullivan LW. Evaluering af et passivt exoskelet til statiske stillinger i de øvre lemmer. Appl Ergon. 2018;70:148-155. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2018.02.009

Weston EB, Alizadeh M, Knapik GG, Wang X, Marras WS. Biomekanisk evaluering af brugen af exoskelet på belastning af lænderygsøjlen. Appl Ergon. 2018;68:101-108. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2017.11.006

Alabdulkarim S, Nussbaum MA. Indflydelser af forskellige exoskeletdesigns og værktøjsmasse på fysiske krav og ydeevne i en simuleret overheadboringsopgave. Appl Ergon. 2019;74:55-66. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2018.08.004

Cho YK, Kim K, Ma S, Ueda J. A robotic wearable exoskeleton for construction worker’s safety and health. Construction Research Congress 2018: Safety and disaster management-Selected papers from the Construction Research Congress, April 19-28, 2018. https://ascelibrary.org/doi/pdf/10.1061/9780784481288.003. Tilgået den 1. september 2019.

Butler T. Exoskelet-teknologi. Gør arbejdstagerne mere sikre og mere produktive. Prof Saf. 2016:32-36. https://www.pathwaynpi.com/wpcontent/uploads/ASSE_Exoskeleton_Sept‐2016.pdf

Gillette JC, Stephenson ML. EMG-analyse af eksoskelet til overkroppen under bilmontage. 42nd Annual Meeting of the American Society of Biomechanics, Rochester, MN. August 8-11th, 2018. https://www.researchgate.net/publication/327187565_EMG_analysis_of_an_upper_body_exoskeleton_during_automotive_assembly. Tilgået den 1. september 2019.

Smets M. En feltevaluering af exoskeletter med armstøtte til arbejde over hovedet i bilmontage. IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors. 2019:1-7.

Consumer Product Safety Commission. Potentielle farer i forbindelse med nye og fremtidige teknologier. Staff Report, 18. januar 2017. https://www.cpsc.gov/s3fs‐public/Report%20on%20Emerging%20Consumer%20Products%20and%20Technologies_FINAL.pdf. Tilgået den 1. september 2019.

Kim S, Moore A, Srinivasian D, et al. Potential of exoskeleton technologies to enhance safety, health, and performance in construction: industry perspectives and future research directions. IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors, 1-7. https://doi.org/10.1080/24725838.2018.1561557

Zingman A, Earnest GS, Earnest GS, Lowe BD, Branche CM. Exoskeletter i byggeriet: vil de reducere eller skabe farer? NIOSH Science Blog. June 15, 2017. https://blogs.cdc.gov/niosh-science-blog/2017/06/15/exoskeletons-in-construction/. Tilgået den 1. september 2019.

McDowell TW, Xu XS,Warren C, Welcom DE, Dong RG. Virkningerne af exoskeletveste på håndtransmitterede vibrationer. Proceedings of the 14th International Conference on Hand-Arm Vibration, May 21-24,2019, Bonn, Tyskland, pp. 69-70. https://www.dguv.de/medien/ifa/de/vera/2019_hav/hav_2019_abstracts.pdf. Tilgået den 1. september 2019.