Esoscheletri industriali ad attuazione pneumatica per il supporto del tronco

Focus sugli esoscheletri commerciali per l’industria che in questi anni stanno aiutando gli operatori a superare molte problematiche da affaticamento o sovraccarico nell’area lombare.

Nel settore industriale i disturbi muscolo-scheletrici da affaticamento o sovraccarico rappresentano un problema annoso che comporta costi rilevanti per le aziende. Questi possono essere costi diretti legati ad assicurazione, spese mediche, oneri amministrativi; ma anche indiretti: assunzione e formazione di sostituti, riduzione della capacità produttiva e della qualità. Tra i disturbi muscolo-scheletrici, i più comuni a livello industriale sono quelli riguardanti la zona lombare, che possono risultare in situazioni temporanee, risolvibili in 7-12 settimane, o croniche, con costi diretti ed indiretti che raggiungono a livello nazionale centinaia di milioni di euro l’anno.

Data la rilevanza e la diffusione di quest’ultimo tipo di disturbi, sono stati sviluppati diversi esoscheletri commerciali per uso industriale volti a supportare chi li indossi durante le operazioni che maggiormente caricano i muscoli e le vertebre della zona lombare. Alcuni, quali il Laevo, il BackX e il V22 ErgoSkeleton sono passivi, ma ne esistono anche di attivi, tra cui il Model Y della Atoun e il Muscle Suit della Innophys. In tutti i casi lo scopo è lo stesso: generare coppia a livello dell’anca, in modo da sostenere il tronco durante la flessoestensione, scaricando la coppia di reazione sulle gambe. Nei primi due casi, la coppia di supporto è generata da elementi passivi, una molla a gas nel caso del Laevo ed una molla torsionale nel BackX, che immagazzinano energia potenziale durante il piegamento e la restituiscono in fase di risalita. Negli ultimi due invece si utilizzano dei veri e propri attuatori per azionare l’esoscheletro. Il Model Y sfrutta due attuatori elettrici, mentre il Muscle Suit impiega una serie di attuatori di McKibben o muscoli pneumatici artificiali. Il Muscle Suit, inoltre, può essere impiegato per il sollevamento di carichi, con un supporto che raggiunge i 140 Nm, possibilità non contemplata, o in misura molto ridotta, dagli altri dispositivi.

Bisogna sottolineare che, non trattandosi di esoscheletri per uso riabilitativo, ma di semplice supporto, l’interesse non è quello di annullare completamente lo sforzo muscolare, ma di ridurlo di una certa percentuale, di solito compresa tra il 20% ed il 40%: tale riduzione, per quanto non sembri significativa, permette di abbassare notevolmente il rischio di disturbi muscolo-scheletrici nella zona lombare, garantendo sempre la sicurezza dell’operatore che indossa l’esoscheletro. Gli indubbi vantaggi di soluzioni passive quali il Laevo e il BackX consistono nella leggerezza e compattezza della struttura del dispositivo, nonché nella possibilità di usarlo ovunque, senza preoccuparsi di esaurire le batterie o di rimanere in un certo raggio dalla fonte di energia necessaria all’esoscheletro. A questi vantaggi vanno però affiancati alcuni svantaggi, risolti mediante l’utilizzo di attuatori, primo fra tutti la rigidezza nella risposta del dispositivo. Impiegando elementi passivi, il supporto può solo in parte essere adattato all’individuo che di volta in volta indossa l’esoscheletro. Questo comporta ad esempio che, a parità di altezza, un individuo più pesante riceva un supporto inferiore rispetto a quello teorico. Allo stesso modo, siccome la coppia sviluppata è funzione del solo angolo di piegamento, al crescere della velocità di movimento, la percentuale di supporto decresce a causa dell’aumento non compensato delle forze di inerzia. Se da un lato le soluzioni attive comportano pesi maggiori, dall’altro garantiscono maggior personalizzazione nell’azione, la possibilità di essere sensorizzati e di essere più facilmente adattati al sollevamento di carichi rilevanti.

Gli esoscheletri secondo il Politecnico di Torino

Al Politecnico di Torino, gli autori del presente articolo stanno sviluppando due diversi esoscheletri attivi che impiegano attuatori pneumatici. La scelta della pneumatica è dovuta alla miglior risposta di questi attuatori se paragonati a quelli elettrici. La comprimibilità dell’aria da un lato garantisce sicurezza per l’utente, dall’altro comporta un’erogazione di coppia più fluida e graduale se paragonata a quella di un motore elettrico. La speranza è di ottenere un dispositivo che si accoppi bene con il corpo dell’operatore, fornendo il supporto desiderato in modo naturale e confortevole. Di seguito si analizza lo studio cinematico e dinamico del problema, che ha portato alla stima dei dati di input del processo di progettazione. In una seconda sezione si presentano brevemente i due esoscheletri in fase di sviluppo, concentrandosi su vantaggi e svantaggi di ciascuno.

 

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here