Exoskelet industrie

Exoskelet in de industrie: review 2021

Deze review over een exoskelet voor de rug verzamelt 33 wetenschappelijke studies tussen 2016 en 2021. Het betreft veelal labostudies met een enkelvoudige tiltaak of een statisch gebogen houding van de rug. Er is duidelijk een nood voor meer praktijkstudies. Objectief verlicht een exoskelet de belasting op de rug, vermindert de vermoeidheid en verbetert de prestatie. In de praktijkstudies zijn die voordelen niet zo uitgesproken. De subjectieve aanvaarding is bovendien ook belangrijk. De tevredenheid is slechts matig.

Minder spieractiviteit

Exoskeletten geven ondersteuning aan de rug. Een logisch gevolg is dat de rugspieren zich minder hard moeten inspannen. Dat blijkt effectief zo te zijn. Tijdens het tillen met een actief exoskelet is de spieractiviteit in de rugstrekkers gemiddeld 25% minder. Hier is dus een aandrijving die extra levert in het heupgewricht. Toch hallen de passieve exoskeletten, met elastische materialen die energie opslaan en afgeven, ook een heel positief resultaat: 18%. Bij complexe tilhandelingen in praktijk is de verbetering nog slechts 11%.

Minder spieractiviteit betekent ook de het krachtmoment in de lage rug (L5/S1) lager is. Gevolg is ook dat de drukkrachten in de lage rug afnemen.

Minder vermoeiend

Het vereiste energieverbruik tijdens het herhaald tillen ligt met een passief exoskelet gemiddeld 11% lager. Het aanhouden van een statisch gebogen houding in de rug kost zelfs 22% minder energie. Wat wel een nadeel is op vlak van metabole kost is het wandelen. Wanneer men de passieve structuren niet kan de-activeren, werken deze vaak tegen en vragen dus meer energie.

Betere prestatie

De meest voorkomende parameter voor prestatie die in de onderzoeken voorkomt, is de volhouddduur. Dat kan het aantal keer tillen zijn vooraleer men vermoeid is ofwel effectief de tijd dat men een statisch gebogen houding kan volhouden. Met actieve exoskeletten kan men 30% meer tilhandelingen uitvoeren tot uitputting. Bij een passief exoskelet zit de prestatieverbetering in dezelfde grootte-orde met 26%. Het sneeuwscheppen levert de meest spectaculaire resultaten op met 186% en 148% meer scheppen bij respectievelijk actieve en passieve exoskeletten. De statische volhoudduur met een gebogen rug ligt gemiddeld 14% hoger.

Ook zijn er een aantal taken die minder goed gebeuren met een exoskelet. Het wandelen, dragen, wandelen  op een trap of het beklimmen van een ladder zijn daar voorbeelden van. Deze activiteiten gebeuren tot 10% trager met een exoskelet. In praktijkstudies met complexe taken zal het effect van een exoskelet op de prestatie eerder gemengd zijn.

Minder subjectief ervaren inspanning

De subjectief ervaren inspanning in de rug ligt tot 36% lager bij passieve exoskeletten. Ook in de benen en armen worden gevoelsmatig minder belast. Positief gevolg is dat de taken als minder moeilijk worden ervaren. De subjectieve taakmoeilijkheid schat men bij het tillen 67% lager in. Bij het statisch buigen van de rug is dat ook 51%. Rechtstaan, het draaien met de romp en een brede spreidstand worden wel als moeilijker ervaren, tot 20%. In aansluiting met het objectieve energieverbruik ligt ook de subjectieve vermoeidheid tijdens het tillen 13% lager en voor het sneeuwscheppen zelfs 47%.

Het lokaal ervaren discomfort is lager aan de rug, buik en benen. Wel ervaart men extra druk op de borst waardoor het ongemak daar 33% hoger ligt. De passieve exoskeletten werken immers bijna altijd met een borststeun. Deze geeft druk, schuift, wordt warm,… Het algemeen ervaren ongemak is heel positief.

Neveneffecten

Een exoskelet ondersteunt en vermindert de belasting op de rug. Toch moet men het gehele plaatje bekijken. Er zijn immers ook neveneffecten. De gebruikers gaan hun houding aanpassen en het evenwicht in spierwerking verandert. Bij dynamische taken en in beperkte ruimtes is dat bovendien meer uitgesproken. Daarom is het belangrijk om exoskeletten ook effectief in de praktijk te testen.

Tijdens het tillen met een actief exoskelet vertoonden de heupstrekkers een daling in spieractiviteit van 41%. Klinkt goed, maar de heupbuigers kenden echter een toename van 40%. Het natuurlijk evenwicht tussen agonisten en antagonisten is dus verstoord.

Wat de houding betreft, ziet men bij het tillen met een actief exoskelet tot 35% minder rompbuiging. Bij een passief exoskelet was dat juist een toename in rompbuiging met 22%. De gebruikers gingen een minder gunstige houding aannemen om het effect van het exoskelet te voelen. Bijkomende eigenaardigheid is dat een zeer sterke rompbuiging leidt tot een lage spieractiviteit. Dat heet het flexie-relaxatie fenomeen. Bij een diepe buiging gaan de spieren zich ontspannen en nemen de passieve structuren het over. Ze beperken ook uiteindelijk de bewegingsrange.

User satisfaction

De tevredenheid van de gebruikers bepaalt uiteindelijk de subjectieve aanvaarding van exoskeletten. Deze ervaart men over het algemeen als matig. Er zijn ongemakken door druk, stoten, verschuiven, aan-en uitdoen, warmte, enz… Deze parameters komen echter weinig aan bod in labostudies. Daarom is er nood aan meer studies in de praktijk in echte werksituaties en gedurende een langere tijd. Tevens stellen ze voor om de usability op een gestandaardiseerde manier te bevragen en te kwantificeren. Dat maakt onderlinge vergelijking mogelijk.

Bron: Kermavnar ea 2021. Effects of industrial back-support exoskeletons on body loading and user experience: an updated review. Ergonomics 64 (6): 685-711.

Exoskelet: soortenpraktijkFAQreview 2021IEA2018review 2016ExoPAexosquelettes