Koliko razbremenitve omogočajo eksoskeleti med delom?

Ko stranka prvič preizkusi eksoskelet, se skoraj vedno pojavi vprašanje: koliko kilogramov bremena odvzame? Eksoskelet bremena z maso 15 kilogramov ne spremeni v breme z maso 10 kilogramov. Spremeni način, kako se sile prenašajo po telesu in zmanjša aktivacijo mišic, ki je sicer potrebna za premik bremena.

Razbremenitev se običajno izmeri s pomočjo elektromiografije (EMG) mišic in merilca srčnega utripa ter z vprašalnikom za subjektivno oceno počutja uporabnika. Opazuje se stopnja mišične aktivacije, hitrost utrujanja mišic, srčni utrip in občutek napora. Na rezultat vplivajo delovna naloga, telesni položaji, trajanje dela, nastavitev eksoskeleta, telesne značilnosti uporabnika in seveda model eksoskeleta.

Kako eksoskelet razbremeni telo?

Večina eksoskeletov združuje več biomehanskih principov razbremenitve, ki se med uporabo dopolnjujejo. Nekateri preusmerijo del sile mimo bolj obremenjenega sklepa, drugi jo porazdelijo po večjem delu telesa, tretji pa neposredno zmanjšajo delo mišic.

Pri principu preusmerjanja sile del obremenitve namesto skozi sklep potuje po konstrukciji eksoskeleta. DeltaSuit in OmniSuit eksoskeleta lahko na primer del sile iz nadlakti in podlahti preneseta neposredno na trup in tako razbremenita ramenski sklep.

Pri porazdelitvi obremenitve sila ne ostane zgoščena na enem manjšem predelu telesa. Eksoskelet jo razporedi na večje in na preobremenitev manj občutljive dele telesa. CarrySuit tako težo bremena porazdeli med obe rami, trup in boke. Skupna teža bremena se pri tem ne spremeni, zmanjšajo pa se lokalne obremenitve posameznih sklepov in mišičnih skupin.

Pri principu dodatnih zunanjih »umetnih« mišic (elastike ali vzmeti) so elastični elementi nameščeni vzporedno s potekom mišic. Industrijski eksoskelet LiftSuit deluje po principu zunanjih »umetnih« mišič. Ko se uporabnik skloni, se elastični elementi raztegnejo in ustvarijo podporno silo, zato morajo njegove mišice za vzdrževanje položaja in vračanje v pokončen položaj razviti manj sile. Posledično se mišice počasneje utrujajo

Pomemben del delovanja pasivnih eksoskeletov je kompenzacija gravitacije. Podpora se praviloma aktivira šele takrat, ko položaj telesa ustvari večji navor. LiftSuit zato skoraj ne nudi podpore med pokončno stojo, njegova podpora pa se postopoma povečuje s predklonom. Eksoskeleta DeltaSuit in OmniSuit delujeta tako, da se podpora ramenom postopoma povečuje z višino dviga rok. Delavec tako pri vsakem ponavljajočem gibu porabi nekoliko manj lastne mišične energije.

*Bartenbach V, van Sluijs R, Gassert R (2023). How exoskeletons provide support. White Paper. Auxivo AG. https://www.auxivo.com/post/how-exoskeletons-provide-support

Kje in koliko razbremenjujejo eksoskeleti Auxivo?

LiftSuit je eksoskelet narejen za ponavljajoče se dvigovanje bremen ter delo v predklonjenem položaju. Pri držanju bremena v predklonjenem položaju zmanjša aktivnost hrbtnih mišic do 33 odstotkov. Med ponavljajočim se dvigovanjem 6 kg bremena je bila aktivnost mišic spodnjega dela hrbta manjša do 21 odstotkov v primerjavi z aktivacijo mišic pri enakem delu brez uporabe LiftSuit eksoskeleta. Ob uporabi LiftSuit eksoskeleta se je utrujenost mišic kolka zmanjšala za 44 odstotkov, mišic spodnjega dela hrbta pa za 10 odstotkov.

DeltaSuit podpira roke pri delu v višini ramen in nad glavo. Pri uporabi električnega vrtalnika, teže 1,8 kg, nad glavo se je obremenitev ramenskih mišic zmanjšala za 33 odstotkov, pri rokovanju z manjšim orodjem nad višino ramen pa za 36 odstotkov. Pri statičnem držanju rok je mišična aktivnost rame manjša do 65 odstotkov. Med daljšim držanjemelektričnega vrtalnika nad glavo se je utrujenost vratnih mišic zmanjšala za 75 odstotkov.

OmniSuit združuje podporo hrbtu in ramenom. Namenjen je delovnim mestom, kjer delavec na delovnem mestu dviguje bremena s tal in nad glavo ter dela v predklonjenem položaju. Pri uporabi električnega vrtalnika nad glavo se je obremenitev ramenskih mišic zmanjšala za 33 odstotkov, pri rokovanju z manjšim orodjem nad višino ramen pa za 36 odstotkov. Pri držanju bremena v predklonjenem položaju zmanjša aktivnost hrbtnih mišic do 33 odstotkov. Med ponavljajočim se dvigovanjem 6 kg bremena je bila aktivnost mišic spodnjega dela hrbta manjša do 21 odstotkov v primerjavi z aktivacijo mišic pri enakem delu brez uporabe OmniSuit eksoskeleta.

CarrySuit omogoča, da breme povežemo z ogrodjem eksoskeleta in del sile prenesemo na boke. S tem razbremenimo sklepe in mišice dlani, podlahti, nadlahti, ramena in vratu. Pri prenašanju bremena z maso 15 kilogramov se je aktivnost ramenskih mišic zmanjšala do 60 odstotkov, vratnih pa za 45 odstotkov. Prav tako se je za 38 odstotkov zmanjšal srčni utrip. Do podobnih ugotovitev so prišli v svoji raziskavi Garcija in sodelavci (2025), ki so ugotavljali učinke CarrySuit eksoskeleta na srčni utrip, mišično aktivnost in kinematiko med nošnjo 12 kg škatle in hojo na 12° naklonu.

*Garcia G, Yañez R, Espoz M, Albuja C, Arauz PG, Martin BJ (2025). Biomechanical and physiological effects of an upper-body exoskeleton during simulated load-carrying on an inclined surface. PLoS One 20(6): e0325230. https://doi.org/10.1371/journal. pone.032

Kaj pokažejo meritve v resničnem delovnem okolju?

Zavedamo se, da laboratorijski izsledki ne zajamejo vedno vseh posebnosti dela v realnem okolju. V ta namen je Auxivo pri 23 zaposlenih v treh logističnih podjetjih primerjal eno uro dela z LiftSuitom in eno uro brez njega. Pri običajnem dvigovanju, razvrščanju in polnjenju polic je bila povprečna aktivnost mišic spodnjega dela hrbta manjša za 25 odstotkov v primerjavi z enakim delom brez uporabe LiftSuita. Utrujenost mišic spodnjega dela hrbta je bilo za 27 odstotkov.

 

V podjetju Forthera pomagamo podjetjem pri izbiri ustreznega industrijskega eksoskeleta, testiranju v delovnem okolju in strokovno podprti implementaciji. Če vas zanima, ali je eksoskelet primerna rešitev za vaše delovno okolje, nas kontaktirajte za predstavitev ali praktično testiranje. www.forthera.si/kontakt/