Die Evolution des Exoskeletts

Da Technologien wie ChatGPT und Advanced Augmented Reality den Raum betreten, fühlen sich Tools wie Exoskelette nicht mehr allzu futuristisch an. Dennoch bleiben sie eine im Entstehen begriffene Ergänzung für die Materialhandhabung. Exoskelett-Entwickler, die ursprünglich vor langer Zeit für landwirtschaftliche Zwecke und in jüngerer Zeit für militärische Zwecke entwickelt wurden, haben Stunden der Konstruktion gewidmet, um sie in die industrielle Welt zu bringen und sowohl bei der Herstellung als auch bei der Lagerhaltung zu helfen.

Obwohl es sich noch um ein neuartiges Konzept handelt, behaupten einige Hersteller, dass Exoskelette eines Tages bald zur Standard-Persönlichen Schutzausrüstung (PSA) gehören werden.

Es gibt gute Gründe, sich hinter die Idee zu stellen. Trotz der Entlassungen im Technologiebereich leidet die Nation weiterhin unter einem lähmenden Arbeitskräftemangel. Laut einem aktuellen Bericht der US-Handelskammer hat das Land mehr als 10 Millionen Stellenangebote, aber nur 5,7 Arbeitslose.

Innerhalb dieses Segments gehören Branchen wie Fertigung und Lagerhaltung nach wie vor zu den schwierigsten Jobs für die Rekrutierung qualifizierter Arbeitskräfte. Es kann eine grobkörnige, eintönige, körperlich anstrengende Arbeit sein, und das ist schwer zu verkaufen – insbesondere bei jüngeren Generationen, die nach Positionen suchen, die eine mentalere Herausforderung darstellen.

Materialhandhabungsjobs sind auch mit Wiederholungen beladen. „Stellen Sie sich vor, Hunderte von Pfund pro Stunde zu heben, Tausende von Malen an einem Tag“, sagt Ilya Mirman, Leiter der Marketing- und Vertriebsabteilung bei Verve Motion . „Wiederholte Rückenbelastung hat einen großen Einfluss auf die Lebensqualität und wirkt sich auch auf die Arbeitsleistung aus.“

Hinzu kommt eine alternde und körperlich weniger fitte Belegschaft als in den vergangenen Jahrzehnten, und die hohen Kosten für Verletzungen/Gesundheitsversorgung, Mitarbeiterfluktuation und Produktivitätsverlust sowie die ergonomische Unterstützung von Exoskeletten beginnen, attraktiv auszusehen.

„Unternehmen sehen einen höheren Wert in ihren Mitarbeitern, anstatt sie als Wegwerfartikel zu betrachten“, sagt Paul Nicholson, Vice President of Growth bei HeroWear . „Rückenverletzungen und andere ergonomische Probleme wurden als selbstverständlich für den Kurs angesehen. Das ist nicht mehr der Fall.“

Die heutigen Geräte

Exoskelette sind leichte, externe Rahmen, Rucksäcke oder Westen, die die Aufgaben eines Mitarbeiters unterstützen und sogar verbessern können. In dieser Funktion helfen sie, häufige Verletzungen des Rückens, der Knie, der Schultern und mehr zu vermeiden. Heutzutage gibt es mehr als 100 Hersteller von Exoskeletten, von denen viele in Europa ansässig sind, wo die Geräte weiter verbreitet sind als in den Vereinigten Staaten. Von den vielen Exoskelett-Unternehmen dringen etwa ein Dutzend in die Materialhandhabung ein, mehr davon noch in der Fertigung als in der Lagerhaltung.

Die meisten Exoskelett-Designs lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: passive und aktive Systeme. Ein passives System basiert auf dem Konzept, dass ein Satz Federn oder Gummizüge Energie speichert und sie während eines gemeinsamen Hebens oder einer Bewegung zurückgibt. Ein aktives System wird mit Batterien oder manchmal sogar mit Gas betrieben und bietet mehr Unterstützung als sein passives Gegenstück.

Die aktiven Systeme sind oft so, wie man sich ein Exoskelett vorstellt – ein hartes, starres „Skelett“, das die Struktur eines Körpers nachahmt. Passive Geräte sind tendenziell leichter und können einem Rucksack oder einer Weste ähneln, aber es kann auch eine Überschneidung zwischen beiden geben. Beide haben Vor- und Nachteile zu berücksichtigen.

Obwohl es sich um ein ziemlich einfaches Konzept handelte, war es etwas schwierig, Exoskelette an einen praktisch nutzbaren Ort zu bringen. Das letzte Jahrzehnt brachte jedoch schließlich die Entwicklung, die erforderlich war, um sie zu einer breiter anwendbaren Version zu führen.

Exoskelette sind leichte, externe Rahmen, Rucksäcke oder Westen, die die Aufgaben eines Mitarbeiters unterstützen und sogar verbessern können. 

„Die heutigen Exoskelette sehen nicht dramatisch anders aus als ihre frühesten Entwürfe aus dem 19. Jahrhundert“, sagt Nicholson. „Was es so lange gedauert hat, bis sie praktisch geworden sind, ist, dass sie schwer zu machen sind, damit die Menschen darin bequem arbeiten können. Historisch gesehen haben sie die Menschen immer verlangsamt.“

Aber das ändert sich, mit einem Fokus auf leichtere, komfortablere Exoskelette. „Die Materialwissenschaft hat endlich aufgeholt, sodass wir ein Gerät herstellen konnten, das sowohl stark genug als auch angenehm zu tragen ist“, erklärt Nicholson. „Es gibt eine ganze Reihe neuer Optionen, die speziell für den Benutzer entwickelt wurden.“

Die starreren, aktiven Systeme bieten mehr Unterstützung und werden oft für Aufgaben eingesetzt, bei denen die Arme über längere Zeit über dem Kopf gehalten werden müssen – denken Sie zum Beispiel an eine Autofabrik.

Ein solches Design kann Rücken-, Schulter- und Nackenverletzungen reduzieren. Diese Systeme können auch bei schweren Hebeaufgaben eine Rolle spielen, indem sie einen Benutzer beim Bücken, Aufnehmen und Tragen einer Last von einem Ort zum anderen unterstützen.

Kleinere, leichtere Geräte wie Westen und Rucksäcke spielen ebenfalls eine Rolle. Obwohl sie kein so schweres Skelett sind, können sie einem Arbeiter bei sich wiederholenden Aufgaben in einem Lager- oder Fertigungsbereich viel Unterstützung bieten.

„Unsere Rucksäcke können bis zu 40 % der Last entlasten und die Muskelarbeit reduzieren“, sagt Mirman. „Die Auswirkungen davon sind dramatisch, um einen Faktor von bis zu 80 % oder 90 %.“

Laut Anthony Pratt, Vice President of Sales bei Ekso Bionics, werden die Arbeiter nicht nur produktiver sein, wenn sie ein Exoskelett tragen, sondern durch die Reduzierung von Verletzungen kann ein Unternehmen auch einen ziemlich schnellen ROI erzielen. „Alles beginnt mit der Arbeitssicherheit“, sagt Pratt. „Exoskelette reduzieren die Ermüdung, sodass die Arbeiter die richtigen Techniken für ihre Umgebung anwenden. Es ist eine Demonstration der Investition in Ihre Mitarbeiter.“

Es spart auch Geld bei Gesundheitskosten, hoher Mitarbeiterfluktuation und Produktivitätsverlust. Bedenken Sie, dass Verletzungen und ihre Gesundheitskosten in den Vereinigten Staaten 14 Milliarden US-Dollar pro Jahr betragen und die durchschnittliche Verletzung einen Arbeiter 13 Tage lang ausfallen lässt, so die von Verve Motion zusammengestellten Statistiken. Die Produktivität geht in einer Größenordnung von 7 % bis 10 % verloren. Wenn Sie solche Zahlen mit dem Kauf eines Exoskeletts ausgleichen, können Sie laut Nicholson in nur sechs Monaten mit einem ROI rechnen.

Zu berücksichtigende Faktoren

Der wichtige Aspekt, um bei einem Exoskelett richtig zu liegen, ist Komfort und Tragbarkeit. Ohne sie haben Sie keine Compliance und die Anzüge bleiben unbenutzt. Zu den heutigen Optionen gehören weichere Materialien und anpassbare Größen, wodurch sie einfacher und bequemer zu tragen sind.

„Benutzerfreundlichkeit ist der Schlüssel“, sagt Pratt. „Jeder Körper ist anders, deshalb arbeiten wir mit den Endbenutzern vor Ort zusammen, um ihre jeweilige Größe zu messen und anzupassen.“

Dies spiegelt eine allgemeine Bewegung in der Exoskelett-Industrie wider, um individuellere Optionen anzubieten, ähnlich wie bei anderen Arten von PSA. Laut Nicholson brauchen die Optionen von HeroWear etwa 5 Minuten, um sich an den Benutzer anzupassen. „Wir unterscheiden uns nicht von klein, mittel und groß, sondern bauen die einzelnen Körperteile modular auf“, erklärt er. „Dann stellen wir für jede Person die richtige Unterstützungsstufe ein, um ihre Leistung zu maximieren.“

Der Schwerpunkt liegt auf der Herstellung leichterer, komfortablerer Exoskelette.

Alles in allem werden die meisten Mitarbeiter nach etwa einer Woche einige Anpassungen, Trial-and-Error-Prozesse durchgearbeitet und den optimalen Punkt gefunden haben. „Danach blicken sie nie mehr zurück“, sagt Nicholson.

Wenn ein Mitarbeiter das Unternehmen verlässt, können Exoskelett-Hersteller das Exoskelett für seinen oder ihren Ersatz zurückgeben und neu messen/anpassen. „Wir gehen vor Ort und vermessen die Plattform für den neuen Endbenutzer neu“, sagt Pratt. Im Moment können Sie davon ausgehen, dass ein durchschnittliches Exoskelett etwa vier oder fünf Jahre hält, fügt er hinzu, selbst über den Zeitraum mehrerer Benutzer.

Die Wartung von Exoskeletten erfordert ein paar einfache Schritte: Am Ende einer Schicht sollten die Arbeiter sie mit einer Art Desinfektionslösung besprühen und sie über Nacht zum Trocknen aufhängen.

Nicholson sagt, die Idee sei nicht, sie von einem Arbeiter zum nächsten zu teilen, sondern sie Mitarbeitern, die sie wünschen, als PSA zur Verfügung zu stellen. HeroWear hat gerade eine aktualisierte Version seiner Anzüge angekündigt, die die meisten Teile auch maschinenwaschbar macht, was die Wartung erheblich vereinfacht. „Wir empfehlen außerdem eine wöchentliche Checkliste, um sicherzustellen, dass sie betriebsbereit und in gutem Zustand sind“, sagt er.

Es gibt eine allgemeine Bewegung in der Exoskelettindustrie, um individuellere Optionen anzubieten, ähnlich wie bei anderen Arten von PSA.

Vorausschauen

Derzeit steckt die Einführung von Exoskeletten noch in den Kinderschuhen, sagt Bryan Jensen , Vorsitzender und Executive Vice President des Beratungsunternehmens St. Onge Company . „Exoskelette leisten großartige Arbeit“, sagt er, „und die Einführung passiver Anzüge ist mäßig verbreitet.“

Dennoch bleiben die Vereinigten Staaten hinter ihren europäischen Kollegen zurück, wenn es darum geht, mit den Geräten an Bord zu gehen. „Exoskelette werden nicht so angenommen, wie sie es hier sein könnten“, sagt Jensen. „In Europa schützen die Regierungen ihre Mitarbeiter besser, also sind sie der Kurve voraus.“

Um festzustellen, ob Exoskelette für Ihre Operationen geeignet sind, empfiehlt Jensen, die Kosten einer Rückenverletzung im Vergleich zu Ihrer Investition in ein Exoskelett abzuwägen.

„Wenn Sie drei bis vier Rückenverletzungen vermeiden, zahlen Sie diese Investition zurück“, sagt er. „Aber eine vergleichende Analyse durchzuführen kann schwierig sein, weil sie an Bedingungen geknüpft ist. Woher wissen Sie, ob Sie eine Rückenverletzung vermieden haben?“

Jensen fügt hinzu, dass Unternehmen in vielen Lagerhäusern immer noch keinen 50-Dollar-Gürtel angenommen haben, sodass es manchmal schwierig sein kann, sich für ein weitaus teureres Exoskelett einzukaufen – oft in Höhe von Zehntausenden von Dollar.

Aus Pratts Sicht sollte es jedoch ausreichen, zu beobachten, wie ein Arbeiter zum ersten Mal die Unterstützung eines Exoskeletts erlebt, um seine Akzeptanz zu festigen. „Wenn die Leute es zum ersten Mal anlegen und spüren, wie ihre Schmerzen verschwinden, kann man es in ihren Gesichtern sehen“, fügt Pratt hinzu. „Das Produkt wirkt.“ 

Quelle: The Exoskeleton Evolution – Modern Materials Handling (mmh.com)