Ipari exoskeletonok

A munkahelyen használt exoskeletonokat “ipari exoskeletonoknak” nevezik. Céljuk, hogy növeljék, felerősítsék vagy megerősítsék a munkavállaló meglévő testrészeinek – elsősorban a hát alsó részének és a felső végtagoknak (karok és vállak) – a teljesítményét. A kutatások hiánya ellenére ezen eszközök gyártói a termelékenység növekedését, a munka minőségének javulását és a munkával kapcsolatos mozgásszervi megbetegedések (WMSD) kockázatának csökkenését állítják. A NIOSH új kommentárja az American Journal of Industrial Medicine című folyóiratban rávilágít az ipari exoszkeletonok néhány lehetséges előnyére és kockázatára. A cikk figyelmeztet, hogy mielőtt az ipari exoskeletonok széles körű bevezetésére sor kerülne, kutatásra van szükség az exoskeletonok hatékonyságának értékeléséhez a különböző iparágakban.

Az Egyesült Államokban a WMSD-k gazdasági hatása gyorsan növekszik. A WMSD-k összesített gazdasági hatása 1996-ban 367,1 milliárd dollár volt, 2009-2011-ben pedig 796,3 milliárd dollár, ami 117%-os növekedést jelent.,. Ha az exoszkeletonok csökkentenék a kézi anyagmozgatási feladatokhoz kapcsolódó mechanikai stresszhatásokat, akkor számos iparágban csökkenthetnék a WMSD-k magas arányát.

Az ipari exoszkeletonoknak két fő típusa létezik. Az “aktív” exoskeleton működtethető olyan működtetőkkel, mint az elektromotorok, a pneumatika, a hidraulika vagy e technológiák kombinációja, és gyakran “robotikus exoskeleton”-nak nevezik. A természetes emberi mozgás a “passzív” exoskeletonokat rugókon és ellensúlyozó erőkön keresztül hajtja. A legtöbb kereskedelmi forgalomban kapható ipari exoskeleton a következő kategóriákba sorolható: (a) hátsegítő, b) váll- és karsegítő, c) szerszámtartó/támogató és d) lábsegítő. A hátsegítő exoskeletonokat elsősorban az ágyéki gerinc általános támogatására, a helyes testtartás fenntartására, valamint az emelési vagy statikus tartási feladatok során nyújtott segítségre használják. A válltámogató és a számfeletti (nem antropomorf) karos szerszámtartó exoskeletonokat a felső végtagok megtámasztására használják tartós fej feletti munkavégzés során, vagy a nehéz szerszámok tartásának segítésére. A lábsegítő eszközök a csípő-, térd- vagy bokaízületnek nyújtanak támogatást egyszerű mozgás vagy teherhordás közben, vagy a szék alternatívájaként szolgálnak a hosszú ideig tartó állás megkönnyítésére.

A viselhető exoszkeleton eszközök előnyösek lehetnek az olyan mozgásszervi terhelések csökkentésében, amelyek egyébként nem csökkennek a műszaki folyamatok megváltoztatásával., Ezek aztán a WMSD tüneteinek és esetleg a WMSD előfordulási arányának csökkenéséhez vezethetnek. A legtöbb eddigi tanulmány azonban csak kis számú résztvevővel (sok tanulmány 15 főnél kevesebb résztvevővel), laboratóriumi körülmények között készült, ami megnehezíti a határozott következtetések levonását az ipari exoszkeletonok előnyeiről, a sérülések megelőzésében betöltött szerepükkel kapcsolatos várakozások ellenére. Az eddigi kutatások a következő lehetséges előnyöket és kockázatokat azonosították az exoszkeletonok munkahelyi használatával kapcsolatban.

Potenciális előnyök

Low-back exoskeletons

• A gerinc terhelésének csökkentésére és a testtartás javítására tervezett passzív exoszkeleton használatával végzett dinamikus emelés során megállapították, hogy az exoszkeletonok csökkentették az izomaktivitást és a gerinc izomterhelését, ami a gerinc általános izomfáradtságának csökkenését eredményezte.
• A törzs statikus hajlítása csökkentette az izomaktivitást és a gerinc terhelését.
• A viselhető exoskeletont úgy tervezték, hogy segítsen az építőipari munkásoknak semlegesebb testtartásban dolgozni, hogy csökkentse a deréktáji megterhelést.

Felső végtagi exoszkeletonok

• Tanulmányok kimutatták, hogy a felső végtagi exoszkeletonok szerepet játszhatnak a váll WMSD-k csökkentésében. Kimutatták, hogy a vállat segítő exoskeletonok csökkentik a vállpanaszokat, miközben növelik a termelékenységet és a munka minőségét festők és hegesztők körében.
• A vállat segítő exoskeleton használata során a deltoid izmok megterhelésének csökkenését mutatták ki különböző típusú fej feletti feladatoknál.
• A gerinc nyomóerői közel 20%-kal, a nyíróerők pedig 30%-kal csökkentek az exoskeletonok használatával.
• Ha a felső végtagi exoskeletonokat proaktív ergonómiai programmal együtt használják, az ilyen eszközök csökkenthetik a munkával kapcsolatos vállsérülések kockázati tényezőit.

Potenciális kockázatok

• Az Egyesült Államok Fogyasztói Termékbiztonsági Bizottsága (CPSC) arra figyelmeztetett, hogy izomhúzódás léphet fel, ha a motoros exoskeleton a felhasználó ízület(ek) normál mozgástartományán túl mozog. A viselhető eszközök bőrirritációt vagy kémiai égési sérüléseket okozhatnak, ha az exoskeleton akkumulátorából maró anyagok szivárognak ki. Ha az exoszkeleton akkumulátora hirtelen lemeríti a tárolt energiát, hőégés következhet be.
• Egy tanulmány szerint egy nehéz szerszám (13,6 kg) mellényre szerelt stabilizáló karral történő használata a gerinc fokozott terhelését eredményezte. Ez jól szemlélteti annak fontosságát, hogy az exoszkeleton rendszer megfelelően illeszkedjen a feladat jellemzőihez.
• Egy vizsgálatban a felső végtagi exoszkeleton eszközök nem csökkentették a munkavállaló teljes terhelését, hanem inkább a vállakról a hát alsó részére és a lábakra helyezték át a terhelést.
• Az egyéb kockázatok közé tartoznak a hosszan tartó használatból eredő nyomási sebek vagy összenyomott idegek.
• Az építőiparban végzett vizsgálatokban a dolgozók a higiéniával kapcsolatos aggályokat vetettek fel. Ha az eszközöket többször használják, a rossz higiénia fertőző betegségeket terjeszthet, különösen melegebb éghajlaton.
• Néhány exoszkeleton nehézkes vagy nehézkes, és korlátozhatja a felhasználó általános mobilitását, beleértve a mozgó tárgyakkal való ütközés elkerülésének képességét.
• Néhány exoszkeleton jelentősen eltolhatja a felhasználó súlypontját, ami egyensúlyi problémákat okozhat, és csökkentheti a felhasználó egyensúlyvesztésből való felépülési képességét.
• Az exoszkeleton technológiára való túlzott támaszkodás lehetősége fennáll. Az exoskeletonok használatát a fennmaradó kockázatok kezelésére kell korlátozni – olyan kockázatokra, amelyek műszaki ellenőrzéssel nem küszöbölhetők ki.
• A kockázat átvitele további szempont. Ha az exoskeleton megnöveli azt az időtartamot, ameddig a munkavállaló egy szerszámot tarthat, ez növelheti az egyéb, hosszú ideig egyidejűleg előforduló expozíciókat, például a kézzel átvitt rezgést, a zajt és a belélegezhető toxinoknak való kitettséget.

Ez a blog az exoskeleton munkahelyi használatának jövőjével kapcsolatos főbb pontokat érinti. Részletesebb értekezés a cikkben található. Mielőtt az ipari exoskeletonok széles körű bevezetésére sor kerülne, kutatásokra van szükség az exoskeletonok hatékonyságának értékelésére a különböző ipari munkákhoz kapcsolódó WMSD-k kockázati tényezőinek csökkentésében a különböző iparágakban. A munkahelyi biztonsági és egészségvédelmi kutatóközösségnek és az exoskeletonok munkahelyi használatát megvalósítóknak együtt kell dolgozniuk egy kutatási stratégia kidolgozásán, hogy betöltsék a jelenlegi biztonsági és egészségvédelmi ismerethiányt, megértve az ipari exoskeletonok előnyeit, kockázatait és az elfogadásuk előtt álló akadályokat. Az is döntő fontosságú annak meghatározása, hogy az exoskeletonok az egyéni védőfelszerelések egyik típusának tekinthetők-e, és együtt kell működni az exoskeletonok biztonságával foglalkozó konszenzusos szabványok előmozdítása érdekében.

A NIOSH, több más szövetségi ügynökséggel együtt, részt vesz az ASTM F48 Exoskeletons and Exosuits bizottságában. Ez a szabványfejlesztő bizottság számos szabványosítási tevékenységen keresztül foglalkozik a lehetséges kockázatokkal. Az aktív vagy fejlesztés alatt álló témák közé tartoznak a következők: biztonsági megfontolások az exoszkeletonok tervezésénél és kiválasztásánál; rendszerképzés; terheléskezelés exoszkeleton használatakor; környezeti feltételek rögzítése az exoszkeleton vizsgálati módszerekkel történő felhasználáshoz; az exoszkeletonok és exoruhák címkézése és tájékoztatása; valamint viselési, ápolási és karbantartási utasítások.

A NIOSH több kutatási projektet tervez, többek között (1) a hátat segítő exoskeletonok hatásainak felmérését a kézi anyagmozgatásban a nagy- és kiskereskedelmi ágazatban; (2) a passzív vállat tartó exoszkeletonok hosszanti egészségügyi hatásainak értékelése a feldolgozóiparban, (3) az exoszkeletonokkal potenciálisan összefüggő biztonsági veszélyek értékelése az építőiparban a magasított felületeken végzett munka során, (4) az exoszkeletonok biztonságos betegkezelésre való alkalmazásának megvalósíthatóságának vizsgálata az egészségügyi ágazatban, (5) az exoszkeletonok alkalmazásának vizsgálata a bányaiparban; és (6) az exoszkeletonrendszerek értékelése a kéz által közvetített vibráció csökkentésére.

Ha használt már exoszkeletonokat vagy fontolgatja azok használatát a munkahelyén, kérjük, az alábbi kérdésekre válaszoljon az alábbi megjegyzés rovatban.

1. Milyen tapasztalatai vannak az exoszkeletonok ipari munkában való alkalmazásával kapcsolatban?
2. Milyen akadályokkal szembesült az exoskeletonok munkahelyi alkalmazása során?
3. Milyen kérdésekkel vagy aggályokkal szeretné, ha az ipari exoskeletonokra vonatkozó konszenzusos szabványok foglalkoznának?

John Howard, MD, a Nemzeti Munkahelyi Biztonsági és Egészségügyi Intézet igazgatója.

Vladimir Murashov, PhD, vezető tudós a NIOSH igazgatói irodájában.

Brian D. Lowe, PhD, CPE, kutató ipari mérnök a NIOSH terepkutatási és mérnöki részlegén.

Jack Lu, PhD, CPE, kutató ergonómus a NIOSH Field Studies and Engineering osztályán és a NIOSH Musculoskeletal Health Cross-Sector Program vezetője.

For More Information

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

The Center for Occupational Robotics Research

Exoskeletons in the Construction: Will they reduce or create hazards?

Wearable Exoskeletons to Reduce Physical Load at Work

Wearable Technologies for Improved Safety and Health on Construction Sites

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. Amerikai csont- és ízületi kezdeményezés. A mozgásszervi betegségek terhe az Egyesült Államokban. 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. Ágazatközi szabványos vizsgálati módszerek fejlesztése: a gyártástól a viselhető robotokig. Front Inform Technol Electron Eng. 2017;18(10):1447-1457.

Marinov B. Az exoskeletons típusai és osztályozásuk. Exoskeleton Report. 2015. https://exoskeletonreport.com/2015/08/types‐andclassifications‐of‐exoskeletons/. Hozzáférés: 2019. szeptember 1.

de Looze MP, Bosch T, Krause F, Stadler KS, O’Sullivan LW. Exoskeletons for industrial application and their potential effects on physical work load. Ergonomics. 2015;59(5):671-681.

Rashedi E, Kim S, Nussbaum MA, Agnew MJ. Egy viselhető segédeszköz ergonómiai értékelése fej feletti munkavégzéshez. Ergonomics. 2014; 57(12):1864-1874. https://doi.org/10.1080/00140139.2014.952682

Zoss AB, Kazerooni H, Chu A. A Berkeley alsó végtagi exoszkeleton (BLEEX) biomechanikai tervezése. 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. A Hanyang exoskeleton segédrobot (HEXAR) mechanikai tervezése. 14th International Conference on Control, Automation and Systems (ICCAS 2014). https://ieeexplore.ieee.org/document/6988049. Hozzáférés 2019. október 31.

Luger T, Cobb TJ, Seibt R, Rieger MA, Steinhilber B. Subjective evaluation of a passive lower-limb industrial exoskeleton used during simulated assembly. 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 tudományos blog. 2016. https://blogs. cdc.gov/niosh-science-blog/2016/03/04/exoskeletons/. Hozzáférés: 2019. szeptember 1.

Lowe B, Billotte WG, Peterson DR. ASTM F48 kialakítás és szabványok az ipari exoskeletonokra és exosuitokra. 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. A passzív exoskeleton hatása az izomaktivitásra, a kényelmetlenségre és a kitartási időre előrehajló munka során. Appl Ergon. 2016;54:212-217. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2015.12.003

Theurel J, Desbrosses K, Roux T, Savescu A. Felső végtagi exoszkeleton használatának élettani következményei kézi mozgatási feladatok során. 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. Passzív, felső végtagi exoszkeletális mellény hatásának értékelése karemelést igénylő feladatoknál: I. rész – “Várható” hatások a kényelmetlenségre, a vállizom-aktivitásra és a munkafeladatok elvégzésére. 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. Egy passzív, felső végtagi exoszkeletális mellény hatásának értékelése karemelést igénylő feladatokhoz: II. rész – “Váratlan” hatások a váll mozgására, az egyensúlyra és a gerinc terhelésére. 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. A passzív törzs exoskeleton hatása a funkcionális teljesítményre egészséges egyéneknél. 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. Passzív exoszkeleton értékelése statikus felső végtagtartásokhoz. 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. Az exoskeleton használatának biomechanikai értékelése az ágyéki gerinc terhelésére. Appl Ergon. 2018;68:101-108. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2017.11.006

Alabdulkarim S, Nussbaum MA. Különböző exoszkeleton-kialakítások és szerszámtömegek hatása a fizikai igénybevételre és teljesítményre egy szimulált felülfúrási feladatban. 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 robotikus viselhető exoskeleton az építőipari munkások biztonságáért és egészségéért. Építőipari kutatási kongresszus 2018: Safety and disaster management-Selected papers from the Construction Research Congress, április 19-28, 2018. https://ascelibrary.org/doi/pdf/10.1061/9780784481288.003. Hozzáférés: 2019. szeptember 1.

Butler T. Exoskeleton technology. A munkavállalók biztonságosabbá és termelékenyebbé tétele. Prof. Saf. 2016:32-36. https://www.pathwaynpi.com/wpcontent/uploads/ASSE_Exoskeleton_Sept‐2016.pdf

Gillette JC, Stephenson ML. Felsőtest-exoszkeleton EMG-elemzése autóipari összeszerelés során. Az Amerikai Biomechanikai Társaság 42. éves találkozója, Rochester, MN. Augusztus 8-11., 2018. https://www.researchgate.net/publication/327187565_EMG_analysis_of_an_upper_body_exoskeleton_during_automotive_assembly. Hozzáférés 2019. szeptember 1.

Smets M. A kartámaszos exoskeletonok terepi értékelése az autóipari összeszerelésben a fej feletti munkavégzéshez. IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors. 2019:1-7.

Consumer Product Safety Commission. Az új és jövőbeli technológiákhoz kapcsolódó potenciális veszélyek. Személyzeti jelentés, 2017. január 18. https://www.cpsc.gov/s3fs‐public/Report%20on%20Emerging%20Consumer%20Products%20and%20Technologies_FINAL.pdf. Hozzáférés: 2019. szeptember 1.

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 (IISE Trans Occup Ergonomics Hum Factors), 1-7. https://doi.org/10.1080/24725838.2018.1561557

Zingman A, Earnest GS, Lowe BD, Branche CM. Exoskeletonok az építőiparban: csökkentik vagy növelik a veszélyeket? NIOSH tudományos blog. 2017. június 15. https://blogs.cdc.gov/niosh-science-blog/2017/06/15/exoskeletons-in-construction/. Hozzáférés: 2019. szeptember 1.

McDowell TW, Xu XS,Warren C, Welcom DE, Dong RG. Az exoszkeleton mellények hatása a kéz által közvetített rezgésekre. Proceedings of the 14th International Conference on Hand-Arm Vibration, May 21-24,2019, Bonn, Germany, pp. 69-70. https://www.dguv.de/medien/ifa/de/vera/2019_hav/hav_2019_abstracts.pdf. Hozzáférés: 2019. szeptember 1.

.