Esoscheletri industriali

Gli esoscheletri usati sul posto di lavoro sono chiamati “esoscheletri industriali”. Il loro scopo è quello di aumentare, amplificare o rafforzare le prestazioni dei componenti esistenti del corpo di un lavoratore – principalmente la parte bassa della schiena e l’estremità superiore (braccia e spalle). Nonostante la mancanza di ricerche, i produttori di questi dispositivi rivendicano un aumento della produttività, un miglioramento della qualità del lavoro e una riduzione del rischio di disturbi muscoloscheletrici legati al lavoro (WMSD). Un nuovo commento del NIOSH nell’American Journal of Industrial Medicine evidenzia alcuni dei potenziali benefici e rischi degli esoscheletri industriali. L’articolo avverte che prima di una diffusa implementazione degli esoscheletri industriali, la ricerca è necessaria per valutare l’efficacia degli esoscheletri in vari settori industriali.

Negli Stati Uniti, l’impatto economico dei WMSD è in rapido aumento. I WMSD hanno avuto un impatto economico aggregato di 367,1 miliardi di dollari nel 1996 e di 796,3 miliardi di dollari nel 2009-2011, con un aumento del 117%. Se gli esoscheletri ottenessero riduzioni dei fattori di stress meccanico associati ai compiti di movimentazione manuale dei materiali, avrebbero il potenziale per ridurre gli alti tassi di WMSD visti in molte industrie.

Ci sono due tipi principali di esoscheletri industriali. Un esoscheletro “attivo” può essere alimentato attraverso attuatori come motori elettrici, pneumatici, idraulici o una combinazione di queste tecnologie, ed è spesso definito “esoscheletro robotico”. Il movimento umano naturale alimenta un esoscheletro “passivo” attraverso molle e forze di bilanciamento. La maggior parte degli esoscheletri industriali disponibili in commercio possono essere raggruppati nelle seguenti categorie: (a) assistenza per la schiena, (b) assistenza per le spalle e le braccia, (c) supporto per gli attrezzi e (d) assistenza per le gambe. Gli esoscheletri di assistenza alla schiena sono usati principalmente per fornire un supporto generale alla colonna lombare, per mantenere una postura corretta e per assistere durante il sollevamento o i compiti di tenuta statica. Gli esoscheletri di assistenza alle spalle e gli esoscheletri di supporto per le braccia soprannumerarie (non antropomorfe) sono usati per sostenere le estremità superiori durante il lavoro prolungato sopra la testa o per aiutare a tenere attrezzi pesanti. I dispositivi di assistenza alle gambe forniscono supporto all’articolazione dell’anca, del ginocchio o della caviglia nei movimenti semplici o durante il trasporto di un carico, o servono come alternativa a una sedia per alleviare la fatica di stare in piedi per lunghi periodi di tempo.

I dispositivi indossabili di esoscheletro possono essere utili per ridurre i carichi muscoloscheletrici che non sono altrimenti ridotti dai cambiamenti nei processi di ingegneria, e possono quindi portare alla riduzione dei sintomi WMSD e, possibilmente, dei tassi di incidenza WMSD. Tuttavia, la maggior parte degli studi fino ad oggi ha coinvolto solo un piccolo numero di partecipanti (molti studi con meno di 15 partecipanti) in ambienti di laboratorio, il che rende più difficile trarre conclusioni definitive sui benefici degli esoscheletri industriali nonostante le aspettative sul loro ruolo nella prevenzione delle lesioni. La ricerca fino ad oggi identifica i seguenti potenziali benefici e rischi legati all’uso di esoscheletri sul posto di lavoro.

Benefici potenziali

Esoscheletri per la schiena

• Il sollevamento dinamico utilizzando un esoscheletro passivo progettato per diminuire il carico sulla colonna vertebrale e migliorare la postura ha scoperto che gli esoscheletri hanno diminuito l’attività muscolare e ridotto il carico dei muscoli spinali, con una conseguente diminuzione della fatica generale dei muscoli della colonna.
• La flessione statica del tronco ha ridotto l’attività muscolare e il carico spinale.
• Un esoscheletro indossabile è stato progettato per aiutare i lavoratori edili a lavorare in posture più neutre per ridurre lo sforzo della schiena bassa.

Esoscheletri per le estremità superiori

• Gli studi hanno dimostrato che gli esoscheletri per le estremità superiori possono avere un ruolo nel ridurre i WMSD della spalla. È stato dimostrato che gli esoscheletri di assistenza alla spalla diminuiscono il disagio della spalla e aumentano la produttività e la qualità del lavoro di pittori e saldatori.
• È stata dimostrata una diminuzione dello sforzo del muscolo deltoide per vari tipi di compiti sopra la testa mentre si usa un esoscheletro di assistenza alla spalla.
• Le forze di compressione spinale sono diminuite di quasi il 20% e le forze di taglio sono diminuite del 30% con l’uso di esoscheletri.
• Quando gli esoscheletri per gli arti superiori vengono utilizzati insieme a un programma di ergonomia proattiva, tali dispositivi possono ridurre i fattori di rischio associati alle lesioni alla spalla legate al lavoro.

Rischi potenziali

• La U.S. Consumer Product Safety Commission (CPSC) ha avvertito che lo sforzo muscolare potrebbe verificarsi se un esoscheletro alimentato si muove oltre il normale raggio di movimento delle articolazioni dell’utente. I dispositivi indossabili potrebbero causare irritazioni cutanee o ustioni chimiche se la batteria di un esoscheletro perde materiali corrosivi. Se una batteria dell’esoscheletro scarica improvvisamente la sua energia immagazzinata, si verificherebbero ustioni termiche.
• Uno studio ha rilevato che l’uso di un attrezzo pesante (13,6 kg) con un braccio stabilizzatore montato sul giubbotto ha portato a un aumento del carico sulla colonna vertebrale. Questo illustra l’importanza di abbinare un sistema di esoscheletro in modo appropriato alle caratteristiche del compito.
• In uno studio, i dispositivi di esoscheletro dell’estremità superiore non hanno ridotto il carico totale sul lavoratore, ma piuttosto hanno spostato il carico dalle spalle alla parte inferiore della schiena e alle gambe.
• Altri rischi includono ferite da pressione o nervi compressi dall’uso prolungato.
• Nelle prove nel settore edile, i lavoratori hanno sollevato preoccupazioni per l’igiene. Quando i dispositivi sono utilizzati da più persone, la scarsa igiene potrebbe diffondere malattie infettive, soprattutto nei climi più caldi.
• Alcuni esoscheletri sono poco maneggevoli o ingombranti e possono limitare la mobilità complessiva dell’utente, compresa la capacità di evitare la collisione con un oggetto in movimento.
• Alcuni esoscheletri possono spostare significativamente il centro di gravità dell’utente causando problemi di equilibrio e riducendo la capacità dell’utente di recuperare dopo aver perso l’equilibrio.
• C’è il potenziale per un eccessivo affidamento sulla tecnologia dell’esoscheletro. L’uso degli esoscheletri dovrebbe essere limitato ad affrontare i rischi residui – rischi che non possono essere eliminati in modo fattibile attraverso controlli tecnici.
• Il trasferimento del rischio è un’ulteriore considerazione. Se un esoscheletro aumenta la quantità di tempo in cui un lavoratore può tenere uno strumento, questo potrebbe aumentare altre esposizioni che si verificano allo stesso tempo per lunghi periodi, come le vibrazioni trasmesse dalle mani, il rumore e l’esposizione alle tossine respirabili.

Questo blog tocca i punti principali riguardanti il futuro dell’uso dell’esoscheletro sul posto di lavoro. Una discussione più approfondita può essere trovata nell’articolo. Prima che si verifichi una diffusa implementazione degli esoscheletri industriali, è necessaria una ricerca per valutare l’efficacia degli esoscheletri nel ridurre i fattori di rischio per i WMSD associati a vari lavori industriali in diversi settori industriali. La comunità di ricerca sulla sicurezza e la salute sul lavoro e coloro che implementano l’uso degli esoscheletri sul posto di lavoro dovrebbero lavorare insieme per sviluppare una strategia di ricerca per colmare le attuali lacune di conoscenza della sicurezza e della salute, comprendendo i benefici, i rischi e le barriere all’adozione degli esoscheletri industriali. È anche fondamentale determinare se gli esoscheletri possono essere considerati un tipo di dispositivi di protezione personale e lavorare insieme per far progredire gli standard di consenso che affrontano la sicurezza dell’esoscheletro.

NIOSH, insieme a diverse altre agenzie federali, partecipa al comitato ASTM F48 su esoscheletri ed esoteche. Questo comitato di sviluppo degli standard sta affrontando i rischi potenziali attraverso una serie di attività di standard. Gli argomenti che sono attivi o in fase di sviluppo includono: considerazioni sulla sicurezza nella progettazione e nella selezione degli esoscheletri; formazione del sistema; movimentazione del carico quando si usa un esoscheletro; registrazione delle condizioni ambientali per l’utilizzo con metodi di prova dell’esoscheletro; etichettatura e informazioni per gli esoscheletri e le esoteche; e istruzioni di usura, cura e manutenzione.

NIOSH sta pianificando diversi progetti di ricerca, tra cui (1) la valutazione degli effetti degli esoscheletri dorsali nella movimentazione manuale dei materiali nel settore del commercio all’ingrosso e al dettaglio; (2) valutare gli effetti longitudinali sulla salute degli esoscheletri passivi per le spalle nel settore manifatturiero, (3) valutare i rischi per la sicurezza potenzialmente associati agli esoscheletri durante il lavoro su superfici elevate nel settore edile, (4) esaminare la fattibilità dell’uso degli esoscheletri per la movimentazione sicura dei pazienti nel settore sanitario, (5) esplorare l’applicazione degli esoscheletri nell’industria mineraria; e (6) valutare i sistemi di esoscheletro per ridurre le vibrazioni trasmesse dalle mani.

Se hai usato o contemplato l’uso di esoscheletri nel tuo posto di lavoro, ti preghiamo di fornire un contributo alle seguenti domande nella sezione commenti qui sotto.

1. Qual è stata la tua esperienza nell’uso di esoscheletri per il lavoro industriale?
2. Quali tipi di barriere avete affrontato nell’adozione di esoscheletri nel vostro posto di lavoro?
3. Quali problemi o preoccupazioni vorreste vedere affrontati dagli standard di consenso per gli esoscheletri industriali?

John Howard, MD, è il direttore del National Institute for Occupational Safety and Health.

Vladimir Murashov, PhD, è uno scienziato senior del NIOSH Office of the Director.

Brian D. Lowe, PhD, CPE, è un ingegnere industriale di ricerca presso la NIOSH Division of Field Studies and Engineering.

Jack Lu, PhD, CPE, è un ergonomista di ricerca nella divisione NIOSH di studi sul campo e ingegneria e manager del programma intersettoriale NIOSH per la salute muscoloscheletrica.

Per maggiori informazioni

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

Il Center for Occupational Robotics Research

Exoskeletons in Construction: Ridurranno o creeranno pericoli?

Esoscheletri indossabili per ridurre il carico fisico sul lavoro

Tecnologie indossabili per migliorare la sicurezza e la salute nei cantieri

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