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Applicazioni industriali per gli esoscheletri

Il termine “esoscheletro” è attualmente la parola dominante per descrivere tutte le tipologie di indossabili che forniscono una certa interazione fisica con la persona che li indossa.

L’esoscheletro potrebbe fornire una spinta fisica, ostacolare l’utente di proposito o sostenere il peso di un oggetto che costui dovrebbe altrimenti sostenere.

Gli esoscheletri sono quei dispositivi meccanici o materiali morbidi da indossare, la cui costruzione rispecchia la struttura degli arti, delle articolazioni e dei muscoli dell’operatore.

Amplificano le capacità, fungono da dispositivi di assistenza, controller tattile o aiutano nei processi di riabilitazione (in ambito medico).

Gli esoscheletri sono in contrasto con meccanismi non articolati come bretelle e braghe che non funzionano in modo complementare con gli operatori umani.

Un termine che per alcuni anni, è stato molto popolare per descrivere l’industria dell’esoscheletro, è la biomeccatronica: la fusione di biologia, ingegneria meccanica ed elettrica. Allo stato attuale, la produzione di esoscheletri si trova nella sovrapposizione tra biologia e meccanica (biomeccanica).

Gli esoscheletri alimentati includono anche l’elettronica e si trovano all’incrocio di tutte e tre le discipline.

Dove vengono utilizzati gli esoscheletri

La robotica indossabile progettata per essere utilizzata in un ambiente industriale è il settore in più rapida crescita nello sviluppo di esoscheletri.

Questi, per il lavoro e l’industria possono essere utilizzati nei cantieri, nei bacini di carenaggio, nelle fabbriche, nei magazzini e persino nelle sale chirurgiche.

Gli esoscheletri per il lavoro e l’industria possono essere suddivisi in 6 categorie: portautensili, sedie senza schienale, supporto per la schiena, guanti energetici, tute potenziate per tutto il corpo e robotica supplementare/soprannumeraria.

La robotica indossabile progettata per essere utilizzata come dispositivo medico di riabilitazione o potenziamento è il secondo più antico campo di sviluppo dell’esoscheletro.

Molti dei primi modelli furono progettati per applicazioni militari, con i dipartimenti della difesa, principalmente negli Stati Uniti, che finanziavano le iniziative di ricerca e sviluppo.

Vantaggi

Gli esoscheletri per l’industria e il posto di lavoro offrono tre vantaggi principali: riduzione degli infortuni sul lavoro, risparmio di miliardi di euro in spese mediche, congedi per malattia e cause legali, riduzione dell’affaticamento dei lavoratori, con conseguente aumento della vigilanza, della produttività e della qualità del lavoro dei lavoratori; la capacità di mantenere la qualità del personale esperto oltre la normale resistenza fisica.

Categorie

Esoscheletri per strumenti:

questi esoscheletri consistono in un braccio caricato a molla come il braccio meccanico zeroG che supporta uno strumento pesante su un’estremità ed è collegato a un esoscheletro inferiore del corpo e a un contrappeso.

L’esoscheletro è solitamente passivo, ma esiste almeno un prototipo con motori nelle gambe. Il peso dello strumento viene trasmesso direttamente nel terreno.

Chairless Chairs:

questi sono esoscheletri leggeri indossati sopra pantaloni da lavoro che possono irrigidirsi e bloccarsi.

Ciò può ridurre l’affaticamento mentre si è accovacciati o in piedi nella stessa posizione per un lungo periodo di tempo.

Supporto posteriore:

questi esoscheletri possono mantenere la postura corretta della schiena mentre ci si flette per eseguire un sollevamento; possono anche ridurre il carico sui muscoli della schiena e sulla colonna vertebrale.

Guanti potenziati:

guanti meccanizzati che possono aiutare gli operai con una presa debole a ottenere una presa più forte sugli attrezzi.

Ci sono anche dispositivi utilizzati al contrario, in cui i lavoratori che hanno difficoltà ad aprire naturalmente alcune dita della mano per afferrare gli strumenti, possono farle aprire da un guanto di esoscheletro.

Abiti per tutto il corpo:

fino a pochi anni fa si credeva che le tute intere potenziate per il corpo sarebbero state utilizzate per il lavoro e l’industria. Ora quasi tutti gli sviluppatori sono passati ad esoscheletri specializzati più piccoli, ma ci sono ancora progetti in corso in quest’area.

Robotica aggiuntiva/soprannumeraria:

esoscheletri che forniscono un secondo paio di mani. Questo è di gran lunga il progetto di robotica indossabile più ambizioso per il lavoro e l’industria. Due o più braccia motrici aggiuntive controllate da chi le indossa tengono in posizione gli attrezzi o i materiali.

Tecnicamente, anche gli esoscheletri che tengono in mano gli strumenti sono soprannumerari, tuttavia le braccia sono sempre passive, caricate a molla e non possono essere controllate indipendentemente.

Gli esoscheletri alimentati sono dispositivi meccanici indossabili dotati di un sistema di motori elettrici, leve, sistemi pneumatici, idraulici, o di una combinazione di tecnologie che consente agli arti di muoversi con maggiore resistenza.

Gli esoscheletri di nuova generazione

La nuova generazione di esoscheletri commerciali è dotata di batterie molto efficienti, mentre altri hanno fatto ricorso a soluzioni di alimentazione non tradizionali come l’aria compressa.

Esempi di esoscheletri alimentati in classe commerciale sono: Innophys ‘Muscle Suit, Activloader’s Powerloader Ninja, Cyberdyne’s HAL for Labour Support RB3D’s HERCULE, Esko Bionics’ Esko Vest, Sarcos Robotics ‘Guardian XO e Noonee’s Chairless Chair.

Progettazione di esoscheletri per interagire con gli umani

Al contrario degli esoscheletri alimentati, gli esoscheletri non alimentati impiegano una combinazione di meccanismi di flessione / estensione e bloccaggio guidati dall’uomo per aumentare la forza e la stabilità.

Gli esoscheletri non alimentati per uso commerciale e industriale comprendono la suite MAX Exoskeleton di suitX, la maglia da lavoro di Ekso Bionics, FLx ErgoSkeleton di StrongArm Technologies, Laevo’s Laevo e Lockheed Martin’s Fortis.

Differenze tra esoscheletri rigidi e morbidi

Gli esoscheletri rigidi sono pesanti e quindi possono esercitare troppa pressione sul sistema muscolo-scheletrico. Di conseguenza varie aziende stanno ora cercando di sviluppare nuovi tipi di esoscheletri chiamati soft exos.

Questi esoscheletri sono fatti di materiali leggeri e morbidi. I sistemi sono alimentati da aria compressa o attuatori di muscoli molli, o utilizzando meccanismi di flessione / estensione.