産業用外骨格

職場で使われる外骨格を「産業用外骨格」と呼んでいます。 その目的は、作業者の既存の身体構成要素-主に腰と上肢（腕と肩）の性能を補強、増幅、または強化することである。 研究が不十分であるにもかかわらず、これらの機器のメーカーは、生産性の向上、作業品質の改善、および作業関連筋骨格系障害（WMSD）のリスク低減を主張しています。 American Journal of Industrial Medicine誌に掲載されたNIOSHの新しい解説では、産業用外骨格の潜在的な利点とリスクのいくつかに焦点を当てています。 この記事では、産業用外骨格が広く導入される前に、さまざまな産業部門における外骨格の有効性を評価するための研究が必要であることを警告しています。 WMSDが占める経済効果の総額は1996年には3671億ドル、2009年から2011年には7963億ドルと117%も増加している,,,。 もし、外骨格が手作業によるマテリアルハンドリング作業に関連する機械的ストレス要因の軽減を実現すれば、多くの産業で見られる高い率のWMSDを軽減できる可能性があります。

産業用外骨格には、大きく分けて2つのタイプがあります。 アクティブ」な外骨格は、電気モーター、空気圧、油圧、またはこれらの技術の組み合わせなどのアクチュエーターによって動力を与えられ、「ロボット外骨格」と呼ばれることがよくあります。 人間の自然な動きは、バネとカウンターバランス力によって「パッシブ」な外骨格に動力を与えます。 市販されているほとんどの産業用外骨格は、以下のカテゴリーに分類することができる。 (a)背部補助、(b)肩・腕部補助、(c)工具保持・支持、(d)脚部補助です。 背部アシスト外骨格は、主に腰椎の全般的な支持、正しい姿勢の維持、および持ち上げまたは静的保持作業中の補助のために使用される。 肩アシストおよび上腕工具保持サポート外骨格は、持続的な頭上作業中に上肢をサポートするため、または重い工具を保持するために使用される。

装着型外骨格デバイスは、工学的プロセスの変更では軽減できない筋骨格系の負荷を軽減するのに有益である可能性があり、WMSD症状の軽減、そしておそらくWMSD発生率の低下につながる可能性がある。 しかし、今日までのほとんどの研究は、実験室環境における少数の参加者（多くの研究は15人未満）を対象としており、傷害予防におけるその役割についての期待にもかかわらず、産業用外骨格の利点について確固たる結論を導き出すことをより困難にしている。 これまでの研究では、職場における外骨格の使用に関する以下の潜在的な利点とリスクを特定している。

潜在的な利点

腰部外骨格

• 脊椎への負荷を低減し姿勢を改善するように設計された受動外骨格を用いて動的なリフティングを行うと、外骨格により筋活動が低下し脊椎筋負荷が減少し、結果として全体の脊椎筋疲労が減少したことが判明した。
• 静的な体幹の曲げ伸ばしは、筋活動と脊椎の負荷を減少させた。
• ウェアラブル外骨格は、建設作業員がよりニュートラルな姿勢で作業し、腰の負担を軽減できるように設計されています。

Upper Extremity Exoskeletons

• 研究は、上肢外骨格が肩のWMSDを減らす役割を持つ可能性があることを示しています。 肩支援外骨格は、塗装工や溶接工の生産性と作業品質を向上させながら、肩の不快感を減少させることが示されています。
• 肩支援外骨格を使用している間、さまざまなタイプの頭上作業で三角筋の緊張が減少することが示されています。
• 外骨格の使用により、脊髄圧縮力がほぼ20%減少し、せん断力が30%減少した。
• 上肢外骨格が積極的な人間工学プログラムとともに使用される場合、そのようなデバイスは仕事に関連する肩の怪我に関連するリスク要因を減らす可能性がある。

潜在的なリスク

• 米国消費者製品安全委員会（CPSC）は、動力式外骨格がユーザーの関節の通常の可動範囲を超えて動くと、筋肉の緊張が生じる可能性があると警告しています。 ウェアラブルデバイスは、外骨格のバッテリーから腐食性物質が漏れ出すと、皮膚刺激や化学火傷を引き起こす可能性があります。
• ある研究では、ベストに取り付けられた安定化アームで重い工具（13.6 kg）を使用すると、脊椎への負荷が増加することが判明しました。 これは、外骨格システムを作業特性に適切に適合させることの重要性を示している。
• ある研究では、上肢の外骨格装置は作業者の総荷重を減少させず、むしろ肩から腰および脚に荷重を移動させるものであった。
• その他のリスクとしては、長時間の使用による圧迫傷や神経の圧迫がある。
• 建設業界における試験では、労働者は衛生面について懸念を示している。 デバイスが複数回使用される場合、衛生状態が悪いと、特に温暖な気候では感染症が蔓延する可能性があります。
• 一部の外骨格は扱いにくいか扱いにくく、動いている物体との衝突を回避する能力を含め、ユーザーの全体的な移動性を制限する可能性があります。
• 一部の外骨格はユーザーの重心を大幅に移動させてバランス問題を引き起こし、バランスを失ってから回復するユーザーの能力を低下させることがあります。
• 外骨格技術に過度に依存する可能性がある。 外骨格の使用は、残存リスク、すなわち工学的制御によって実現可能な限り排除できないリスクへの対処に限定されるべきである
• リスクの移行はさらに考慮すべき点である。 もし、外骨格が作業者が工具を保持できる時間を増加させた場合、手指伝導振動、騒音、呼吸可能な毒素への暴露など、同時に長時間発生する他の暴露を増加させる可能性があります。 より深い議論は、記事でご覧いただけます。 産業用外骨格の普及が起こる前に、異なる産業部門にわたる様々な産業作業に関連するWMSDの危険因子を軽減する外骨格の有効性を評価する研究が必要である。 労働安全衛生研究コミュニティと職場で外骨格の使用を実施する人々は、現在の安全衛生知識のギャップを埋めるための研究戦略を開発し、産業用外骨格の利点、リスク、および採用の障壁を理解するために協力する必要がある。 また、外骨格が個人用保護具の一種とみなされるかどうかを判断し、外骨格の安全性に対処する合意基準を進めるために協力することも重要です。

  NIOSH は、他のいくつかの連邦機関とともに、外骨格と外スーツに関する ASTM 委員会 F48 に参加しています。 この標準化委員会は、多くの標準化活動を通じて、潜在的なリスクに取り組んでいます。 現在進行中または開発中のトピックとしては、外骨格の設計および選択における安全性の考慮、システムトレーニング、外骨格使用時の荷重処理、外骨格試験方法による利用のための環境条件の記録、外骨格および外スーツのラベル付けと情報、着用、ケア、メンテナンスに関する指示、などがあります。

  NIOSHはいくつかの研究プロジェクトを計画しており、(1)卸売・小売業における手作業での資材運搬における背部補助外骨格の効果を評価する。 (2) 製造部門における受動的肩関節外骨格の長期的な健康影響の評価、(3) 建設部門における高所作業中の外骨格に潜在的に関連する安全上の危険性の評価、(4) 医療部門における安全な患者取り扱いのための外骨格の使用可能性の検討、 (5) 鉱業における外骨格の適用の検討、および (6) 手の伝達振動の低減に関する外骨格システムの検討などです。

  職場で外骨格を使用したことがある、または使用を検討している方は、以下のコメント欄で以下の質問についてご意見をお聞かせください。

• 職場で外骨格を採用する際に、どのような種類の障壁に直面しましたか。
• 産業用外骨格のための合意基準で対処してほしい問題や懸念は何ですか。

John Howard, MDは、国立労働安全衛生研究所所長である。

Vladimir Murashov, PhD, is a Senior Scientist in the NIOSH Office of the Director.

Brian D. Lowe, PhD, CPE, is a Research Industrial Engineer in the NIOSH Division of Field Studies and Engineering.

Mrg.

Jack Lu, PhD, CPE, is a Research Ergonomist in the NIOSH Division of Field Studies and Engineering and Manager of the NIOSH Musculoskeletal Health Cross-Sector Program.

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Proceeding of the 2018 Ergo-X Symposium.は、2018年12月19日開催。 Exoskeletons in the Workplace-Assessing Safety, Usability, and Productivity

The Center for Occupational Robotics Research

Exoskeletons in Construction（建設現場における外骨格。

Wearable Exoskeletons to Reduce Physical Load at Work

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