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Un’idea per sostenere la schiena dal peso del mondo

Non è né fatale né contagiosa, ma molto difficile da gestire ed estremamente costosa per la società: la malattia molto diffusa del mal di schiena cronico. Un esoscheletro motorizzato può fornire sollievo alla colonna vertebrale lombare particolarmente vulnerabile. Il produttore francese Japet si affida qui a FAULHABER, poiché il suo prodotto necessita di massima qualità e leggerezza.

Il mal di schiena é la causa di una su dieci assenze per malattia ed è la causa del 13 per cento dei pensionamenti anticipati. L’80% delle persone ha vissuto personalmente il disturbo e il dolore è cronico per il 10-20% della popolazione totale. Questi dati provengono dalla Francia, dove i costi annuali di per l’economia e il sistema sanitario legati alle cure di questa problematica sono stimati in 20 miliardi di euro. Valori simili si possono riscontrare in tutti i paesi industrializzati.

Lo sforzo avverso e il sovraccarico continuo della colonna vertebrale sono di gran lunga le cause più comuni dei dolori cornici alla schiena. In realtà, questo sforzo errato può essere facilmente evitato attenendosi ad una semplice regola di base: sollevare sempre i carichi flettendo le ginocchia e mantenendo la parte superiore del corpo dritta in posizione verticale.

Tuttavia, nella vita quotidiana e in molti lavori, questa regola risulta spesso difficile da seguire. Chi aiuta un paziente ad alzarsi dal letto, solleva un pacco postale dall’auto, maneggia parti pesanti in un processo di produzione o lavora con macchine manuali pesanti in cantiere riesce difficilmente a mantenere il carico sulla schiena in maniera ergonomicamente corretta. Il peso sollevato preme quindi inevitabilmente su una colonna vertebrale piegata.

Applicazione esoscheletro

L’effetto leva negativo aggrava il problema

L’effetto leva è estremamente negativo: a seconda del grado di flessione, un pacco da 10 chilogrammi può premere una forza equivalente fino a 50 chilogrammi sui dischi lombari della colonna vertebrale inferiore. Sebbene questi ammortizzatori naturali in fibrocartilagine siano eccezionalmente resistenti e resilienti, invecchiano nel tempo e, se costantemente sottoposti a sforzi impropri, possono usurarsi prematuramente: si restringono, l’effetto smorzante si attenua ed anche il tessuto osseo adiacente cambia con conseguenze spesso dolorose. Nel caso di un’ernia del disco, il corpo del disco intervertebrale addirittura si apre, il nucleo fuoriesce e preme i nervi circostanti provocando dolori estremamente acuti.

“Se la sollecitazione errata alla schiena non può essere evitata in maniera costante, è necessario prendere in considerazione misure che forniscono sollievo”, afferma Antoine Noel. Nel 2015, l’ingegnere di robotica, insieme ad Amelie Blondeaux e Damien Bratic, ha fondato l’azienda Japet, nella città di Lille. “Il nostro obiettivo era sviluppare un corsetto di supporto attivo per la colonna vertebrale lombare. Le sollecitazioni sfavorevoli devono essere compensate dalla potenza di un motore in modo che i dischi intervertebrali rimangano protetti”.

Il sollievo grazie ad attuatori

Il risultato del loro lavoro è l’esoscheletro Japet.W. Esso consiste essenzialmente in due cinghie collegate tra loro da quattro attuatori – due su ciascun lato del corpo. La cintura superiore sostiene la schiena, la cintura inferiore è posizionata sui fianchi. Gli attuatori sono i cosiddetti attuatori elastici in serie (SEA). Essi “sentono” una forza che agisce su di loro ed utilizzano la loro stessa potenza motore per contrastarla.

I loro elementi più importanti sono un motore, una vite conduttrice ed una molla. Un potenziometro misura la forza applicata se, ad esempio, chi indossa l’esoscheletro si china in avanti e prende un peso. Questo segnale di misura mette in funzione il motore, il quale è accoppiato alla vite conduttrice dell’azionamento tramite un riduttore. La rotazione della vite conduttrice trasferisce la potenza del motore sulla molla. Essa preme dalla cintura inferiore sulla cintura superiore e sostiene la parte superiore del corpo alleviando la colonna vertebrale lombare. Per quanto riguarda il livello di sollievo fornito dall’esoscheletro, chi lo indossa può scegliere tra quattro livelli. Il controllo e la batteria del dispositivo sono integrati nella doppia cintura.

I fianchi subiscono a causa della pressione supplementare solo un leggero sforzo aggiuntivo e sono comunque in grado di sopportare senza problemi anche pesi maggiori”, spiega Antoine Noel. “La forza che agisce sulla colonna lombare viene invece notevolmente ridotta. In questo modo, soprattutto, lo sforzo eccessivo esercitato sui dischi intervertebrali in posizione piegata viene notevolmente ridotto o evitato del tutto, migliorando allo stesso tempo anche la posizione della parte superiore del corpo”.

I micromotori sollevano quattro auto

I fondatori di Japet hanno incontrato FAULHABER per la prima volta in occasione di una fiera. All’epoca, la loro azienda era ancora un laboratorio di prove tecniche in una stanza secondaria di una clinica nel nord della Francia e ancora più lontana era la vendita del primo prodotto. Nei loro primi dispositivi di prova, i tre giovani imprenditori avevano installato motori rumorosi poco costosi se difficili da controllare. Gli esperti di FAULHABER hanno apprezzato le idee dei giovani ingegneri, fornendo loro il il supporto necessario con una consulenza approfondita e modelli gratuiti di motori di alta qualità in grado di soddisfare i requisiti di questa esigente applicazione. “Questo ha giocato un ruolo importante nel rendere il nostro prodotto pronto per la produzione in serie”, sottolinea Antoine Noel.

Applicazione esoscheletroNell’esoscheletro Japet.W, quattro motori DC con commutazione in metallo prezioso della serie 1524… SR forniscono la forza di supporto per alleviare la colonna vertebrale. Responsabili della trasmissione del carico sono i riduttori planetari della serie 15A con una riduzione di 52:1. Poiché il dispositivo è, ovviamente, indossato sul corpo a cui deve fornire sollievo, ogni grammo è qui importante: con 18 g per motore, gli azionamenti rappresentano solo una frazione del peso totale. Tuttavia, essi sono abbastanza forti da alleggerire i dischi intervertebrali, nel corso di una giornata lavorativa, di un peso pari a quello di tre o quattro auto di medie dimensioni.

Oltre al rapporto tra volume e forza, la qualità ed l’affidabilità sono tra i criteri decisivi per Japet: “L’esoscheletro è un prodotto medico certificato”, spiega Antoine Noel. “Qui si applicano i requisiti più elevati. Inoltre, il dispositivo deve supportare chi lo indossa in funzionamento continuo, per un lungo periodo di tempo e, idealmente, senza manutenzione. Questo è reso possibile dagli azionamenti di FAULHABER”.

Il Japet.W è sul mercato ormai da oltre un anno ed è già utilizzato in numerosi settori, tra cui quello ferroviario, nell’edilizia e nell’assistenza medica.

Il suo utilizzo serve a contrastare il possibile insorgere del mal di schiena cronico. Tuttavia, viene utilizzato anche da persone che hanno già sviluppato questa sindrome e sono alla ricerca di un modo per continuare a lavorare. “Il 75% di tutti i portatori dell’esoscheletro, che avevano precedentemente sviluppato mal di schiena durante il lavoro, riferisce di un’efficace riduzione del dolore”, sottolinea Antoine Noel. “Questo è un valore degno di nota dal punto di vista medico, soprattutto perché i dolori alla schiena cronici rappresentano una condizione clinica molto persistente e difficile da curare. Considerando che tutti tendiamo ormai a lavorare più a lungo e che il know-how dei dipendenti più anziani sta diventando sempre più prezioso, l’esoscheletro ha un grande potenziale anche dal punto di vista economico”.

Gli esperti dell´azionamento di Schönaich

FAULHABER è specializzata nello sviluppo, nella produzione e nella distribuzione di sistemi di azionamento miniaturizzati ad alta precisione, di componenti per servoazionamenti ed elettroniche di controllo con potenza di uscita fino a 250 W.
L´azienda offre soluzioni personalizzate realizzate specificatamente per il cliente e un’ampia gamma di prodotti standard, come motori brushless, micromotori C.C., encoder e sistemi di controllo di posizione. Il marchio FAULHABER è riconosciuto in tutto il mondo come simbolo di elevata qualità e affidabilità in aree applicative complesse e gravose, come quelle della tecnologia medica, dell´automazione industriale, dell´ottica di precisione, delle telecomunicazioni, dell´aviazione, del settore aerospaziale e della robotica. Dal potente motore C.C. con una coppia continua di 224 mNm al microazionamento a filigrana con un diametro esterno di 1,9 mm, la gamma standard FAULHABER può essere combinata in più di 25 milioni di modi diversi per creare il sistema di azionamento ottimale per una applicazione particolare. Allo stesso tempo, il nostro kit di costruzione tecnologico costituisce la base da modificare per poter configurare versioni speciali adattabili alle specifiche esigenze dei clienti.


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