Een passief of actief exoskelet zijn een strategie in de aanpak van lichamelijke klachten. Deze zijn nog steeds de meest voorkomende werkgebonden gezondheidsaandoening. Ergonomie kan de fysieke belasting verminderen in het ontwerpen of aanpassen van de werkpost. Wanneer dat niet mogelijk is, komt een exoskelet om de hoek. Er zijn passieve en actieve exoskeletten. Deze ondersteunen en versterken het menselijk lichaam. Toch zijn ook de productiviteit en hinder doorslaggevend om ze al dan niet te gebruiken.
Passief vs actief exoskelet
In dit onderzoek werden de CrayX en Paexo Back exoskeletten vergeleken [1]. CrayX is een actief exoskelet van 7kg. Het is soort vest met borststeun en een heupband met twee motoren ter hoogte van het heupgewricht. Deze kunnen actief een kracht genereren bij het buigen en terug rechtkomen. De ondersteuning is constant, maar men kan deze ook uitzetten.
Paexo Back is een passief exoskelet van 4,5kg. Het is eveneens een soort vest met borststeun en een heupband. Rondom het bovenbeen is een band die de steun op zijn plaats houdt. Aan de zijkant van het lichaam loopt immers een veerstructuur die de borst- en beensteun met elkaar verbindt. De ondersteuning is enkel bij het oprichten van de rug en afhankelijk van de gewrichtshoek (dus niet constant). Het exoskelet kan wel automatisch een onderscheid maken tussen tillen en wandelen en zich afzetten indien nodig.
Twaalf functionele taken
Het manueel hanteren van lasten omvat vier taken: tillen van 20kg, dragen over 10m van het gewicht (20kg), bouten monteren op kniehoogte in een statische geknielde positie en met een gebogen rug. Daarnaast komen ook neventaken aan bod zoals wandelen, rechtstaan uit zit, traplopen en klimmen op een ladder. Tot slot is bij exoskeletten ook de bewegingsvrijheid een aandachtspunt die mee de bruikbaarheid in praktijk bepaalt. Daarom werd de bewegingswijdte gemeten tijdens het draaien en buigen de rug, een spreidstand zijwaarts en de squat beweging.
Functionele prestatie
Over het algemeen hebben het actief en passief exoskelet geen nadelig effect op de prestatie tijdens het manueel hanteren van lasten. Het tillen is dus niet minder productief. Het dragen was wel trager met het dragen van het actief exoskelet. Het monteren in de statische houdingen maakte geen verschil met of zonder exoskelet.
De prestatie op de neventaken en bewegingswijdte was echter minder bij de CrayX, het actieve exoskelet. De motoren ter hoogte van het heupgewricht maken dat het exoskelet heel wat ruimte inneemt en dus hindert. Bij het wandelen botsen de armen er bijvoorbeeld steeds tegen.
De Paexo Back, het passieve exoskelet, had deze problemen niet. De structuur is dan ook veel lichter met de veren opzij van het lichaam. Enkel het traplopen scoorde minder in prestatie, de andere taken werden even snel uitgevoerd als zonder exoskelet. Dat is alvast belovend.
Ervaren moeilijkheid
Door de extra ondersteuning van het exoskelet zou men verwachten dat de ervaren taakmoeilijkheid lager ligt. Voor het passieve exoskelet was dat zeker het geval voor de taken van het manueel hanteren van lasten. Het tillen en dragen of het monteren in statische houding waren als minder moeilijk ervaren door de proefpersonen. Voor de andere taken was er geen verschil. Passieve exoskeletten verlichten het werk vooral bij statische taken. De veerstructuur is dan altijd geactiveerd. Bij dynamische taken moet men ook tegen de veer in werken, wat meer ongemak geeft.
Een actief exoskelet geeft nog meer ondersteuning aan het lichaam. Toch maakte dit geen verschil op de ervaren vermoeidheid tijdens de verschillende taken. Er bleek wel een verband tussen het ervaren discomfort en de ervaren moeilijkheid. Een verklaring voor dit onverwachte resultaat kan zijn dat het ervaren ongemak bij de CrayX het positieve gevoel van ondersteuning teniet doet. De korte duur van de gewenning of de testen kan mogelijks ook meespelen.
Algemeen discomfort
Bij het ervaren ongemak zijn er niet zoveel verschillen tussen CrayX en Paexo Back. Het passieve exoskelet vertoonde het hoogste discomfort tijdens het tillen. Het actieve exoskelet was minder comfortabel bij het monteren in geknielde houding, traplopen en spreidstand zijwaarts. Het wegwerken van hinder en ongemakken blijft een uitdaging voor de ontwikkeling van exoskeletten.
Voor CrayX bleek trouwens ook een verband met de BMI en het ervaren ongemak. Dit maakt het belang van een gemakkelijke en goed afstelling duidelijk. Dit was niet altijd evident tijdens het uitvoeren van dit onderzoek.
Besluit
Paexo Back scoort ook goed in de neventaken zoals wandelen. Dat was bij de andere passieve exoskeletten (Laevo) niet altijd het geval. Het automatisch detecteren van de beweging is wellicht een goede hulp. Hoewel CrayX meer ondersteuning kan geven, scoren de prestaties toch minder. Het volume en de rigide structuur hinderen de heup- en rompbewegingen. Een ander actief exoskelet, Verve Motion, heeft deze nadelen veel minder door de aandrijving op de rug te voorzien.
Een licht design van exoskelet dat makkelijk af te stemmen is op de lichaamsbouw van de werknemer blijft een aandachtspunt bij de verdere ontwikkeling van exoskeletten.
* Bron:
[1] Govaerts ea 2023: https://doi.org/10.1080/00140139.2023.2236817
* Exoskelet:
Exoskelet – exoskelet industrie – exoskeletten praktijk – passieve exoskeletten – FAQ exoskeleton