Exoskeletten - een doeltreffende remedie tegen musculoskeletale aandoeningen (MSA) ?

Exoskelet, industriële robot, cobot… Waarover gaat het ? Een exoskelet, letterlijk een “uitwendig skelet”, is een mechanische structuur die wordt gedragen door een operator om hem fysiek te ondersteunen en zijn lichamelijke capaciteiten te vergroten.

Het behoort tot het immer groeiend arsenaal aan technologieën voor fysieke ondersteuning, net als de industriële robots (afbeelding 1) en de cobots (afbeelding 2).

Zo’n cobot (collaboratieve robot) vult de handelingen van de werknemer aan en werkt binnen dezelfde werkruimte, terwijl de industriële robot een eigen, afgesloten ruimte heeft, beschermd door veiligheidshekken. De voordelen van een exoskelet (afbeeldingen 3 en 4) zijn de beweeglijkheid van de operator en de aanpassing aan complexe taken die duur zijn om te automatiseren. Exoskeletten zijn vooral geschikt voor activiteiten waarbij herhaalde handelingen, oncomfortabele houdingen en het heffen en tillen van zware lasten vereist zijn.


Afbeelding 1 – Industriële robot, beschermd door traliewerk (Satech Safety Technology)	Afbeelding 2 – Cobot KUKA


Afbeelding 3 – Exoskelet voor de bovenste ledematen (Skelex 360)	Afbeelding 4 – Exoskelet dat gebruikt wordt in de auto-industrie (BMW)

Een recente innovatie ?

Hoewel de opkomst van exoskeletten vrij recent is, lijkt het eerste prototype te dateren van 1890. In dat jaar deponeerde de Russische ingenieur N. Yagn een Amerikaans patent voor een apparaat dat verplaatsingen verbeterde (wandelen, springen en rennen) (afbeelding 5).

In 1965 lanceerde General Electric zijn project “Hardiman”, een machine die in staat was om 680kg op te tillen. Ze was gemaakt om bommen aan boord van vliegdekschepen te laden, maar bleek zeer zwaar en moeilijk te besturen. (afbeelding 6).

Vanaf de jaren 2000 kent de Amerikaanse defensie een budget toe voor de ontwikkeling van exoskeletten, om de capaciteiten van de soldaten bij het hanteren en verplaatsen van zware lasten zo groot mogelijk te maken (afbeelding 7).


Afbeelding 5 – Prototype van een exoskelet uit 1890	Afbeelding 6 – Het “Hardiman”-project een prototypisch exoskelet uit 1965	Afbeelding 7 Human Universal Load Carrier HULC

De constante technologische ontwikkeling maakt verbeteringen mogelijk op het vlak van gewicht, betrouwbaarheid en autonomie. De intrede van Artificial Intelligence zou het aantal mogelijke toepassingen nog moeten vergroten.

Heel diverse toepassingen

De inzetbaarheid van exoskeletten is zeer breed (figuren 8 tot 10). Verschillende sectoren zien er potentieel in : de auto-industrie, de bouw, de landbouw, de logistiek, defensie en gezondheidszorg, enz. De medische revalidatiediensten voor letsels aan het ruggenmerg gebruiken steeds vaker exoskeletten voor het verbeteren van problemen met coördinatie, evenwicht, verlamming, gevoeligheid en spierkracht van de patiënten.


Afbeelding 8 – Exoskelet “Ekso” gebruikt in de auto-industrie	Afbeelding 9 – Exoskelet “Laevo” gebruikt in de tuinbouw	Afbeelding 10 – Exoskelet “Rewalk” gebruikt in gezondheidszorg bij revalidatie

Soorten exoskeletten

Er zijn een groot aantal modellen van exoskeletten beschikbaar op de markt, ingedeeld op basis van hun eigenschappen.

Delen we de exoskeletten in op basis van het soort ondersteuning dat ze bieden, dan komen we uit bij wee categorieën:

actieve exoskeletten (robotten voor fysieke ondersteuning), die gebruik maken van een externe aandrijving (motor): elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, enz.
passieve exoskeletten (toestellen voor fysieke ondersteuning). Deze exoskeletten bevatten schokdempers, veren en elastieken voor het opslaan van de energie die wordt gehaald uit de beweging van de gebruiker of uit de zwaartekracht. Die energie gebruiken ze dan om een houding aan te houden of gemakkelijker te maken. Ze zijn lichter van gewicht en daardoor praktisch en bruikbaar in kleine ruimtes.

Een ander verschil tussen de exoskeletten heeft te maken met de zone van het lichaam die wordt ondersteund :

het exoskelet voor het hele lichaam (of full body) (afbeelding 11)
het exoskelet voor de bovenste ledematen (afbeelding 12)
het exoskelet voor de rug (afbeelding 13)
het exoskelet voor de onderste ledematen (afbeelding 14)

Talrijke combinaties zijn mogelijk van die categorieën onderling. Er bestaan ook exoskeletten die lijken op handschoenen en die enkel bedoeld zijn voor de hand.


Afbeelding 11 – Exoskelet voor het hele lichaam (Daewoo)	Afbeelding 12 – Exoskelet voor de bovenste ledematen (Shoulder Suit X)


Afbeelding 13 – Exoskelet voor de rug (Laveo)	Afbeelding 14 – Exoskelet-stoel (Noonee)

Jean-Philippe Demaret
Preventieadviseur-ergonoom
Licentiaat kinesitherapie en lichamelijke opvoeding

Meer informatie

Bibliographie

Atain Kouadio JJ., Theurel J. 13 juin 2017. L’aire des exosquelettes : comment l’entreprise doit s’y préparer ? Forum régional sur la prévention des TMS de la Carsat Centre-Val de Loire
Atain Kouadio JJ., Kerangueven L., Turpin-Legendre E. Décembre 2018. Acquisition et intégration d’un exosquelette en entreprise – Guide pour les préventeurs INRS ED 6315
Atain Kouadio JJ., Sghaier A. octobre 2017. Les robots et dispositifs d’assistance physique: état des lieux et enjeux pour la prévention. INRS NS 354
de Looze M. P., Bosch T., Krause F., Stadler & Leonard K. S., O’Sullivan W. 2015. Exoskeletons for industrial application and their potential effects on physical work load, Ergonomics
Theurel J., Claudon L., octobre 2018. Exosquelettes au travail : impact sur la santé et la sécurité des opérateurs. INRS ed6311
Theurel J., Desbrosses K., Roux T., Savescu A. – Physiological consequences of using an upper limb exoskeleton during manual handling tasks. Applied Ergonomics, 2018, 67, Supplement C, pp. 211-217
Stephen Fox Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy, Espoo, Finland Olli Aranko Terveystalo, Helsinki, Finland, and Juhani Heilala and Päivi Vahala Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy, Espoo, Finland. Exoskeletons Comprehensive, comparative and critical analyses of their potential to improve manufacturing performance.