Egzoszkielety: wsparcie fizyczne w pracy i życiu codziennym

We wrześniu 2022 r. Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA zaprezentował na targach RehaCare tzw. egzoszkielety. Wspierają one ludzi w ciężkiej pracy fizycznej, zapobiegają złej postawie i mają na celu odciążenie mięśni i stawów. W przyszłości mogą one również w coraz większym stopniu stać się pomocą dla osób z pewnymi niepełnosprawnościami fizycznymi, mówi Urban Daub, lider grupy badawczej biomechaniki stosowanej w Instytucie Fraunhofera. Wywiad.

Panie Daub, termin "egzoszkielet" brzmi nieco technicznie dla niewtajemniczonych. Co się za nim kryje?

Egzoszkielet to system wspomagający noszony bezpośrednio na ciele. Odciąża on układ mięśniowo-szkieletowy, zapewniając dodatkowe wsparcie siłowe. Nasze mięśnie i stawy są zaprojektowane do dynamicznych ruchów, takich jak chodzenie. Jeśli jednak ktoś musi wielokrotnie podnosić ciężkie ładunki lub utrzymywać układ mięśniowo-szkieletowy w niemal nieruchomej pozycji przez długi czas, mięśnie mogą szybko ulec wyczerpaniu. Może to stwarzać ryzyko obrażeń. Egzoszkielety przeciwdziałają temu.

Skąd pochodzi to wspomaganie? Czy egzoszkielety są napędzane silnikiem?

Czasami tak, czasami nie, istnieją systemy pasywne i aktywne. Najczęściej stosowane egzoszkielety przemysłowe działają pasywnie. Posiadają sprężyny lub ekspandery, które są naprężone mechanicznie i uwalniają swoją energię, gdy ciało przyjmuje określone pozycje. W rezultacie automatycznie dodają siły podczas niektórych ruchów, które w przeciwnym razie musiałyby być zapewnione przez same mięśnie ciała. Niektóre obszary ciała są w ten sposób specjalnie wspierane i odciążane. Istnieją dalsze różnice w tej kategorii: niektóre systemy mają na przykład twarde skorupy, podczas gdy inne składają się prawie wyłącznie z elastycznych pasków i podpór. Te ostatnie znane są jako miękkie egzoszkielety lub - używając międzynarodowego terminu - "egzokombinezony". Istnieje jednak również coraz więcej aktywnych systemów, które są sterowane elektrycznie.  

Kiedy który system ma sens?

To zależy. Jeśli środki techniczne lub zmiana procesów pracy nie są już wystarczające, aby wystarczająco odciążyć daną osobę w miejscu pracy, egzoszkielety mogą być dobrą opcją dodatkową, zarówno aktywną, jak i pasywną. Jednak aktywne egzoszkielety mogą być szczególnie przydatne, jeśli do wykonania zadania wymagany jest wyższy poziom wysiłku lub poziom wymaganego wsparcia różni się w zależności od osoby. Egzoszkielet można znacznie precyzyjniej dostosować do potrzeb danej osoby lub konkretnej aktywności. Na przykład, jeśli waga znacznie się różni, np. gdy trzeba przenieść paczki ważące od dwóch do 25 kilogramów, wsparcie zapewniane przez systemy aktywne można odpowiednio dostosować. Nawiasem mówiąc, niektóre z naszych badań również bardzo intensywnie koncentrują się na takich wymaganiach.

Mówi Pan, że egzoszkielety zawsze wspierają określone obszary ciała. Czyli istnieją różne warianty w zależności od tego, czy ktoś pracuje bardziej rękami, czy na przykład nogami?

Tak, chociaż większość egzoszkieletów jest zaprojektowana do utrzymywania górnej części ciała prosto i wyprostowanej - są to "egzoszkielety pleców" - lub do odciążenia ramion podczas czynności wykonywanych nad głową - są to "egzoszkielety ramion". Istnieją również systemy dla szyi, kciuka i siły dłoni.

Jaki rodzaj pracy wspierają systemy pleców i ramion?

Systemy na plecy są używane, gdy trzeba podnosić lub odkładać ciężkie elementy lub pojemniki, lub gdy ktoś musi pracować w pozycji pochylonej do przodu przez długi czas. Typowym obszarem zastosowania egzoszkieletów na plecy jest na przykład logistyka, jak już wyjaśniono w przypadku systemów aktywnych, gdzie ludzie często muszą podnosić i przenosić ciężkie paczki. Z kolei egzoszkielety na ramiona pomagają w czynnościach, w których ramiona są trzymane w górze przez długi czas, na przykład podczas prac montażowych lub spawalniczych (→ zobacz wideo).

Kiedy egzoszkielet uznaje się za "udany" i co musi on spełniać?

 Użytkownicy powiedzieliby: Egzoszkielet powinien ważyć prawie nic, nie być zauważalny podczas noszenia, nie ograniczać ruchów i nadal zapewniać jak najwięcej wsparcia. Brzmi to jak przysłowiowy "majstersztyk", którego jeszcze nie wynaleziono. Ze względów technicznych nie jest oczywiście możliwe, aby zrealizować to idealnie - więc kilka kompromisów jest zawsze koniecznych. Dlatego też obecnie na rynku dostępnych jest ponad 100 różnych egzoszkieletów: Żaden z nich nie jest idealny w każdym calu, ale każdy z nich rozwiązuje bardzo specyficzne problemy i zastosowania bardzo dobrze dla konkretnych użytkowników. To z kolei oznacza, że w każdym przypadku należy znaleźć najbardziej odpowiedni egzoszkielet.

Egzoszkielety są już dostępne w wielu różnych wersjach i do niemal każdego zastosowania. Czy nie mogłyby one być również interesujące dla osób, dla których nacisk kładziony jest mniej na zapobieganie urazom, a bardziej na funkcję wspierającą - innymi słowy, dla osób z niepełnosprawnością fizyczną?

To bardzo dobry pomysł. Egzoszkielety mogą faktycznie wspierać osoby niepełnosprawne w ich życiu zawodowym, a czasem nawet umożliwiać im uczestnictwo w nim. Producenci egzoszkieletów również to dostrzegli, tzn. że systemy te oferują zupełnie inne możliwości poza zastosowaniami przemysłowymi. Moim zdaniem osoby z nabytą lub wrodzoną niepełnosprawnością fizyczną z pewnością mogłyby w przyszłości odnieść z tego ogromne korzyści - a w niektórych przypadkach albo w ogóle, albo z większą łatwością odzyskać zdolność do pracy.

Czy zna Pan przykład, w którym tak już jest?

Tak, na targach Rehacare mieliśmy prezentację w ramach naszego sympozjum "Pomoc techniczna i rehabilitacja zawodowa", która dotyczyła pracownika muzeum cierpiącego na schorzenie neurologiczne. Jego praca polega na wytwarzaniu nożyczek w tradycyjny sposób. W muzeum wymienione są maszyny używane do tego celu. Modyfikacje techniczne ułatwiające mu pracę nie wchodzą więc w grę. Od ponad roku używa w swojej pracy egzoszkieletu, który wspiera jego rękę i pomaga mu zrekompensować neurologiczny brak siły. Według niego pozwala mu to wykonywać swoją pracę lepiej, dłużej, a przede wszystkim bez bólu. W ten sposób muzeum zachowuje cennego pracownika, a on sam może nadal wykonywać swoją pracę.

Źródło: Egzoszkielety wyjaśnione w prosty sposób: Wsparcie fizyczne w pracy i życiu codziennym (z wideo) - Życie zawodowe sprzyjające włączeniu społecznemu (lwl.org) (17.10.2022)