Exoesqueletos industriales

Los exoesqueletos utilizados en el lugar de trabajo se denominan «exoesqueletos industriales». Su objetivo es aumentar, amplificar o reforzar el rendimiento de los componentes corporales existentes del trabajador, principalmente la zona lumbar y las extremidades superiores (brazos y hombros). A pesar de la falta de investigación, los fabricantes de estos dispositivos afirman que aumentan la productividad, mejoran la calidad del trabajo y reducen el riesgo de trastornos musculoesqueléticos relacionados con el trabajo. Un nuevo comentario del NIOSH en el American Journal of Industrial Medicine destaca algunos de los beneficios y riesgos potenciales de los exoesqueletos industriales. El artículo advierte que antes de que se produzca una implantación generalizada de los exoesqueletos industriales, es necesario investigar para evaluar la eficacia de los exoesqueletos en diversos sectores industriales.

En Estados Unidos, el impacto económico de los TME está aumentando rápidamente. Los WMSDs representaron un impacto económico agregado de 367,1 mil millones de dólares en 1996, y 796,3 mil millones de dólares en 2009-2011, un aumento del 117%,. Si los exoesqueletos consiguieran reducir los factores de estrés mecánicos asociados a las tareas de manipulación manual de materiales, tendrían el potencial de reducir las altas tasas de WMSD observadas en muchas industrias.

Hay dos tipos principales de exoesqueletos industriales. Un exoesqueleto «activo» puede ser impulsado a través de actuadores como motores eléctricos, neumáticos, hidráulicos o una combinación de estas tecnologías, y a menudo se denomina «exoesqueleto robótico». El movimiento humano natural impulsa un exoesqueleto «pasivo» a través de resortes y fuerzas de contrapeso. La mayoría de los exoesqueletos industriales disponibles en el mercado pueden agruparse en las siguientes categorías (a) asistencia para la espalda, (b) asistencia para los hombros y los brazos, (c) sujeción/soporte de herramientas, y (d) asistencia para las piernas. Los exoesqueletos de asistencia para la espalda se utilizan principalmente para proporcionar apoyo general a la columna lumbar, para mantener una postura correcta y para ayudar durante las tareas de elevación o de sujeción estática. Los exoesqueletos de asistencia para los hombros y los exoesqueletos de asistencia para brazos supernumerarios (no antropomórficos) se utilizan para apoyar las extremidades superiores durante el trabajo sostenido por encima de la cabeza o para ayudar a sostener herramientas pesadas. Los dispositivos de asistencia para las piernas proporcionan apoyo a la articulación de la cadera, la rodilla o el tobillo en movimientos sencillos o mientras se transporta una carga, o sirven como alternativa a una silla para aliviar el hecho de estar de pie durante largos periodos de tiempo.

Los dispositivos exoesqueléticos portátiles pueden ser beneficiosos para reducir las cargas musculoesqueléticas que no se reducen de otro modo mediante cambios en los procesos de ingeniería, por lo que pueden conducir a la reducción de los síntomas de los TME y, posiblemente, de las tasas de incidencia de los TME. Sin embargo, la mayoría de los estudios realizados hasta la fecha han contado con un número reducido de participantes (muchos estudios con menos de 15 participantes) en entornos de laboratorio, lo que hace más difícil extraer conclusiones firmes sobre los beneficios de los exoesqueletos industriales a pesar de las expectativas sobre su papel en la prevención de lesiones. Las investigaciones realizadas hasta la fecha identifican los siguientes beneficios y riesgos potenciales relacionados con el uso de exoesqueletos en el lugar de trabajo.

Beneficios potenciales

Exoesqueletos para la espalda baja

• El levantamiento dinámico utilizando un exoesqueleto pasivo diseñado para disminuir la carga de la columna vertebral y mejorar la postura descubrió que los exoesqueletos disminuían la actividad muscular y reducían la carga de los músculos de la columna vertebral, lo que resultaba en una disminución de la fatiga muscular general de la columna.
• La flexión estática del tronco redujo la actividad muscular y la carga espinal.
• Se ha diseñado un exoesqueleto portátil para ayudar a los trabajadores de la construcción a trabajar en posturas más neutras para reducir la tensión lumbar.

Exoesqueletos de extremidades superiores

• Los estudios han demostrado que los exoesqueletos de extremidades superiores pueden tener un papel en la reducción de los TME de hombro. Se ha demostrado que los exoesqueletos de asistencia para el hombro disminuyen las molestias en el hombro a la vez que aumentan la productividad y la calidad del trabajo entre pintores y soldadores.
• Se ha demostrado una disminución de la tensión del músculo deltoide en varios tipos de tareas por encima de la cabeza mientras se utiliza un exoesqueleto de asistencia para el hombro.
• Las fuerzas de compresión de la columna vertebral disminuyeron casi un 20% y las fuerzas de cizallamiento disminuyeron un 30% con el uso de exoesqueletos.
• Cuando los exoesqueletos de las extremidades superiores se utilizan junto con un programa de ergonomía proactiva, dichos dispositivos pueden reducir los factores de riesgo asociados a las lesiones de hombro relacionadas con el trabajo.

Riesgos potenciales

• La Comisión de Seguridad de Productos del Consumidor de Estados Unidos (CPSC) advirtió de que podría producirse una distensión muscular si un exoesqueleto motorizado se mueve más allá del rango normal de movimiento de la(s) articulación(es) del usuario. Los dispositivos portátiles podrían causar irritación de la piel o quemaduras químicas si la batería de un exoesqueleto pierde materiales corrosivos. Si la batería de un exoesqueleto descarga repentinamente su energía almacenada, se producirían quemaduras térmicas.
• Un estudio descubrió que el uso de una herramienta pesada (13,6 kg) con un brazo estabilizador montado en el chaleco provocaba un aumento de la carga en la columna vertebral. Esto ilustra la importancia de adaptar un sistema de exoesqueleto adecuadamente a las características de la tarea.
• En un estudio, los dispositivos de exoesqueleto para las extremidades superiores no redujeron la carga total del trabajador, sino que desplazaron la carga de los hombros a la parte inferior de la espalda y las piernas.
• Otros riesgos son las heridas por presión o la compresión de nervios por el uso prolongado.
• En los ensayos realizados en el sector de la construcción, los trabajadores han expresado su preocupación por la higiene. Cuando los dispositivos se utilizan para múltiples usos, la falta de higiene podría propagar enfermedades infecciosas, especialmente en los climas más cálidos.
• Algunos exoesqueletos son poco manejables o engorrosos y pueden limitar la movilidad general del usuario, incluida la capacidad de evitar la colisión con un objeto en movimiento.
• Algunos exoesqueletos pueden desplazar significativamente el centro de gravedad del usuario causando problemas de equilibrio y disminuyendo la capacidad del usuario para recuperarse de la pérdida de equilibrio.
• Existe la posibilidad de confiar demasiado en la tecnología de los exoesqueletos. El uso de exoesqueletos debe limitarse a abordar los riesgos residuales, es decir, los riesgos que no pueden eliminarse de forma viable mediante controles de ingeniería.
• La transferencia del riesgo es una consideración adicional. Si un exoesqueleto aumenta la cantidad de tiempo que un trabajador puede sostener una herramienta, esto podría aumentar otras exposiciones que se producen al mismo tiempo durante períodos prolongados, como la vibración transmitida por las manos, el ruido y la exposición a toxinas respirables.

Este blog toca los puntos principales relativos al futuro del uso de exoesqueletos en el lugar de trabajo. En el artículo se puede encontrar una discusión más profunda. Antes de que se produzca la implantación generalizada de los exoesqueletos industriales, es necesario investigar para evaluar la eficacia de los exoesqueletos en la reducción de los factores de riesgo de los TME asociados a diversos trabajos industriales en diferentes sectores de la industria. La comunidad de investigación sobre seguridad y salud en el trabajo y aquellos que implementan el uso de exoesqueletos en el lugar de trabajo deben trabajar juntos para desarrollar una estrategia de investigación para llenar las actuales lagunas de conocimiento sobre seguridad y salud, comprendiendo los beneficios, los riesgos y las barreras para la adopción de exoesqueletos industriales. También es fundamental determinar si los exoesqueletos pueden considerarse un tipo de equipo de protección personal y trabajar juntos para avanzar en las normas de consenso que abordan la seguridad de los exoesqueletos.

NIOSH, junto con otras agencias federales, participa en el Comité F48 de ASTM sobre exoesqueletos y exotrajes. Este comité de desarrollo de normas está abordando los riesgos potenciales a través de una serie de actividades normativas. Los temas que están activos o en desarrollo incluyen: consideraciones de seguridad en el diseño y la selección de exoesqueletos; formación del sistema; manejo de la carga cuando se utiliza un exoesqueleto; registro de las condiciones ambientales para su utilización con métodos de prueba de exoesqueletos; etiquetado e información para exoesqueletos y exotrajes; e instrucciones de uso, cuidado y mantenimiento.

NIOSH está planificando varios proyectos de investigación, entre ellos (1) la evaluación de los efectos de los exoesqueletos de asistencia para la espalda en la manipulación manual de materiales en el sector del comercio mayorista y minorista; (2) la evaluación de los efectos longitudinales sobre la salud de los exoesqueletos pasivos para hombros en el sector manufacturero, (3) la evaluación de los riesgos de seguridad potencialmente asociados a los exoesqueletos mientras se trabaja en superficies elevadas en el sector de la construcción, (4) el examen de la viabilidad del uso de exoesqueletos para la manipulación segura de pacientes en el sector sanitario, (5) la exploración de la aplicación de los exoesqueletos en la industria minera, y (6) la evaluación de los sistemas de exoesqueletos para reducir las vibraciones transmitidas por las manos.

Si ha utilizado o se ha planteado utilizar exoesqueletos en su lugar de trabajo, por favor, aporte su opinión sobre las siguientes preguntas en la sección de comentarios de abajo.

1. ¿Cuál ha sido su experiencia en el uso de exoesqueletos para el trabajo industrial?
2. ¿Qué tipo de obstáculos ha encontrado al adoptar los exoesqueletos en su lugar de trabajo?
3. ¿Qué cuestiones o preocupaciones le gustaría que se abordaran en las normas de consenso para los exoesqueletos industriales?

John Howard, MD, es el Director del Instituto Nacional de Seguridad y Salud en el Trabajo.

Vladimir Murashov, PhD, es un científico senior en la Oficina del Director del NIOSH.

Brian D. Lowe, PhD, CPE, es un ingeniero industrial de investigación en la División de Estudios de Campo e Ingeniería del NIOSH.

Jack Lu, PhD, CPE, es un Ergonomista de Investigación en la División de Estudios de Campo e Ingeniería del NIOSH y Gerente del Programa Transversal de Salud Musculoesquelética del NIOSH.

Para más información

Actas del Simposio Ergo-X 2018: Exoesqueletos en el lugar de trabajo: evaluación de la seguridad, la usabilidad y la productividad

El Centro de Investigación en Robótica Ocupacional

Los exoesqueletos en la construcción: ¿Reducirán o crearán riesgos?

Exoesqueletos portátiles para reducir la carga física en el trabajo

Tecnologías portátiles para mejorar la seguridad y la salud en las obras de construcción

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

Academia Americana de Cirujanos Ortopédicos. Iniciativa de huesos y articulaciones de los Estados Unidos. The Burden of Musculoskeletal Diseases in the United States. 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. Cross-industry standard test method developments: from manufacturing to wearable robots. Front Inform Technol Electron Eng. 2017;18(10):1447-1457.

Marinov B. Tipos y clasificaciones de exoesqueletos. Informe sobre exoesqueletos. 2015. https://exoskeletonreport.com/2015/08/types‐andclassifications‐of‐exoskeletons/. Consultado el 1 de septiembre de 2019.

De Looze MP, Bosch T, Krause F, Stadler KS, O’Sullivan LW. Exoesqueletos para la aplicación industrial y sus efectos potenciales en la carga física de trabajo. Ergonomía. 2015;59(5):671-681.

Rashedi E, Kim S, Nussbaum MA, Agnew MJ. Evaluación ergonómica de un dispositivo de asistencia vestible para el trabajo por encima de la cabeza. Ergonomics. 2014; 57(12):1864-1874. https://doi.org/10.1080/00140139.2014.952682

Zoss AB, Kazerooni H, Chu A. Biomechanical design of the 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). 14ª Conferencia internacional sobre control, automatización y sistemas (ICCAS 2014). https://ieeexplore.ieee.org/document/6988049. Consultado el 31 de octubre de 2019.

Luger T, Cobb TJ, Seibt R, Rieger MA, Steinhilber B. Evaluación subjetiva de un exoesqueleto industrial pasivo de extremidades inferiores utilizado durante el montaje simulado. 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. Exoesqueletos vestibles para reducir la carga física en el trabajo. Blog de ciencia de NIOSH. 2016. https://blogs. cdc.gov/niosh-science-blog/2016/03/04/exoskeletons/. Consultado el 1 de septiembre de 2019.

Lowe B, Billotte WG, Peterson DR. Formación y normas ASTM F48 para exoesqueletos y exotrajes industriales. 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. Los efectos de un exoesqueleto pasivo en la actividad muscular, la incomodidad y el tiempo de resistencia en el trabajo de flexión hacia adelante. Appl Ergon. 2016;54:212-217. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2015.12.003

Theurel J, Desbrosses K, Roux T, Savescu A. Consecuencias fisiológicas del uso de un exoesqueleto de miembro superior durante las tareas de manipulación manual. 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. Evaluación de la influencia de un chaleco exoesquelético pasivo de la extremidad superior para tareas que requieren la elevación del brazo: Parte I-efectos «esperados» sobre la incomodidad, la actividad muscular del hombro y el rendimiento de la tarea laboral. 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. Evaluación de la influencia de un chaleco exoesquelético pasivo de las extremidades superiores para tareas que requieren la elevación del brazo: Parte II – Efectos «inesperados» en el movimiento del hombro, el equilibrio y la carga de la columna vertebral. 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. Los efectos de un exoesqueleto de tronco pasivo en el rendimiento funcional en individuos sanos. 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. Evaluación de un exoesqueleto pasivo para posturas estáticas de las extremidades superiores. 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. Evaluación biomecánica del uso del exoesqueleto en la carga de la columna lumbar. Appl Ergon. 2018;68:101-108. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2017.11.006

Alabdulkarim S, Nussbaum MA. Influencias de diferentes diseños de exoesqueleto y masa de la herramienta en las demandas físicas y el rendimiento en una tarea de perforación aérea simulada. Appl Ergon. 2019;74:55-66. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2018.08.004

Cho YK, Kim K, Ma S, Ueda J. Un exoesqueleto robótico vestible para la seguridad y la salud de los trabajadores de la construcción. Congreso de investigación de la construcción 2018: Seguridad y gestión de catástrofes-Partes seleccionadas del Congreso de Investigación de la Construcción, 19-28 de abril de 2018. https://ascelibrary.org/doi/pdf/10.1061/9780784481288.003. Consultado el 1 de septiembre de 2019.

Butler T. Tecnología de exoesqueletos. Haciendo a los trabajadores más seguros y productivos. Prof Saf. 2016:32-36. https://www.pathwaynpi.com/wpcontent/uploads/ASSE_Exoskeleton_Sept‐2016.pdf

Gillette JC, Stephenson ML. Análisis EMG del exoesqueleto de la parte superior del cuerpo durante el montaje de automóviles. 42ª Reunión Anual de la Sociedad Americana de Biomecánica, Rochester, MN. 8-11 de agosto de 2018. https://www.researchgate.net/publication/327187565_EMG_analysis_of_an_upper_body_exoskeleton_during_automotive_assembly. Consultado el 1 de septiembre de 2019.

Smets M. A field evaluation of arm-support exoskeletons for overhead work applications in automotive assembly. IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors. 2019:1-7.

Comisión de Seguridad de los Productos de Consumo. Peligros potenciales asociados a las tecnologías emergentes y futuras. Informe del personal, 18 de enero de 2017. https://www.cpsc.gov/s3fs‐public/Report%20on%20Emerging%20Consumer%20Products%20and%20Technologies_FINAL.pdf. Consultado el 1 de septiembre de 2019.

Kim S, Moore A, Srinivasian D, et al. Potencial de las tecnologías de exoesqueleto para mejorar la seguridad, la salud y el rendimiento en la construcción: perspectivas de la industria y futuras direcciones de investigación. IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors, 1-7. https://doi.org/10.1080/24725838.2018.1561557

Zingman A, Earnest GS, Lowe BD, Branche CM. Exoesqueletos en la construcción: ¿reducirán o crearán riesgos? Blog de ciencia de NIOSH. 15 de junio de 2017. https://blogs.cdc.gov/niosh-science-blog/2017/06/15/exoskeletons-in-construction/. Consultado el 1 de septiembre de 2019.

McDowell TW, Xu XS,Warren C, Welcom DE, Dong RG. Los efectos de los chalecos exoesqueleto en la vibración transmitida por la mano. Actas de la 14ª Conferencia Internacional sobre la vibración mano-brazo, 21-24 de mayo de 2019, Bonn, Alemania, pp. 69-70. https://www.dguv.de/medien/ifa/de/vera/2019_hav/hav_2019_abstracts.pdf. Consultado el 1 de septiembre de 2019.