Экзоскелет

Противоположностью экзоскелета является эндоскелет — внутренний скелет, присущий позвоночным животным, в том числе человеку. В то время как эндоскелет поддерживает тело внутри, технический экзоскелет осуществляет крепление снаружи тела и берет на себя часть работы по его поддержке и стабилизации. Экзоскелет не является роботом в строгом смысле этого слова: хотя активные экзоскелеты оснащены двигателями и Системами хранения энергии и, таким образом, движутся самостоятельно, они следуют движениям и намерениям человека, носящего их, и обеспечивают целенаправленную опору, не навязывая своих собственных движений.

Основной принцип одинаков для всех форм: экзоскелет отводит нагрузки от подвергающихся особой нагрузке частей тела и распределяет их на более устойчивые участки либо поглощает их механическим путем. Это снижает нагрузку на работающие мышцы, которым в противном случае пришлось бы выполнять всю работу, связанную с поддержанием осанки и подъемом тяжестей.

С технической точки зрения это достигается различными способами — с помощью несущих элементов, имеющих возможность поглощать нагрузки, которые служат опорой, например, для пружинных элементов, газовых амортизаторов или, в моделях с электроприводом, приводами и датчиками. Выбор подходящего решения для конкретного применения зависит от типа привода (пассивного или активного) и конструкции (жесткой или мягкой).

По региону тела, на который оказывается опора

Ключевым фактором при выборе обычно является то, какую область тела должен разгружать экзоскелет:

• Экзоскелеты для спины и туловища снижают нагрузку на поясничный отдел позвоночника при подъеме тяжестей и наклонах вперед. Они наиболее широко используются в логистике, отраслях промышленности и в сферах, требующих высокой квалификации.
• Экзоскелеты для ног, колен и бедер помогают приседать, становиться на колени и вставать, а также обеспечивают устойчивость при выполнении работ в вертикальном положении.
• Экзоскелеты для плеч и рук, работающих над головой, обеспечивают целенаправленную опору рук при выполнении ручных работ на уровне груди и над головой, например при монтаже, установке оборудования или возведении гипсокартонных конструкций.
• Экзоскелеты кистей и пальцев усиливают силузахвата при длительных или требующих значительного усилия операциях захвата.
• Экзоскелеты для всего тела сочетают в себе опоры нескольких площадей и в основном используются в специальных или военных применениях.

По системе привода и конструкции

Независимо от того, какой регион тела поддерживается, экзоскелеты можно классифицировать по системе привода и конструкции. По системам привода различают пассивные системы без двигателя и активные системы с двигателем и источником питания (например, аккумулятором). По конструкции различают жесткие экзоскелеты с фиксированной рамой и так называемые мягкие экзоскелеты, состоящие из гибких текстильных материалов.

Изгиб вперед Экзоскелеты NEXO Pro от компании Schmalz

NEXO Pro от компании Schmalz представляет собой жесткий экзоскелет для изгиба вперед: он снижает нагрузку на поясничный отдел позвоночника в нижней части спины при подъеме тяжестей и изгибе вперед. Это пассивная система — она работает исключительно механически, без двигателя и аккумулятора.

Промышленные экзоскелеты используются везде, где физически сложные движения не поддаются автоматизации — или могут быть автоматизированы лишь частично, — например:

• Логистика и склад: комплектование заказов, пакетирование и разгрузка поддонов, погрузка и разгрузка — задачи, связанные с частым подъемом грузов.
• Ремесла и конструкция: работы на высоте, монтаж гипсокартона, укладка плитки и покраска, и повторяющийся подъем материалов.
• Изготовление и монтаж: перемещение материалов, работы на сборочных линиях и монтажные работы, производство.
• Уход и здравоохранение: перемещение и мобилизация пациентов.
• Военные и аварийно-спасательные службы: перенос тяжелого оборудования на большие расстояния.

Преимущества

• Облегчение напряжения в мышцах и суставах и, как следствие, снижение физической усталости
• Возможность снижения числа жалоб, связанных с перенапряжением, и сокращения числа пропусков рабочих дней
• Более стабильная производительность на протяжении всей смены
• Ощутимый вклад в охрану труда и повышение привлекательности работодателя, особенно с учетом старения персонала и нехватки квалифицированных работников

Недостатки и ограничения

• Не заменяет правильные приемы подъема грузов, технические средства и эргономичную конструкцию организации труда
• Требуется период адаптации и принятие системы работниками
• Не каждая задача или часть тела может быть поддержана одинаково хорошо
• В очень ограниченных пространствах свобода движений может быть ограничена
• Активные системы увеличивают вес и требуют дополнительного технического обслуживания

Экзоскелеты специально снижают физическую нагрузку именно там, где она возникает — при подъеме тяжелых грузов, работе над головой или в наклоненном положении. В сфере охраны труда они классифицируются как вспомогательный инструмент, который должен быть адаптирован к конкретной ситуации, связанной с физической нагрузкой.

Поэтому перед внедрением на рабочем месте требуется проведение оценки рисков с учётом конкретных рабочих задач: она позволяет определить, какая система подходит для данного рабочего места, соответствуют ли размеры и уровень комфорта требованиям, а также не создаёт ли экзоскелет новых нагрузок — например, из-за дополнительного веса или ограничения свободы движений. Рекомендации по данному вопросу предоставляют ассоциации страхования от несчастных случаев на производстве и DGUV.