Panoramica generale sugli esoscheletri umani (robotici), applicazioni e benefici.
Gli esoscheletri in breve
Gli esoscheletri sono dispositivi indossabili che lavorano insieme alla persona che li indossa a differenza di un robot che lavora autonomamente sostituendo l’operatore nelle attività lavorative.
Posizionati sul corpo della persona, forniscono supporto a lavori gravosi riducendone lo sforzo, l’affaticamento, le lesioni muscolo-scheletriche aumentandone la resistenza.
Gli esoscheletri possono essere meccanici (passivi) o alimentati (attivi) dotati di sensori e attuatori.
Possono essere realizzati con diversi materiali sia rigidi, come fibra di carbonio o metallo, che materiali morbidi ed elastici.
Gli esoscheletri possono essere mobili oppure fissi (solitamente usati nel campo medico)
Gli esoscheletri possono coprire l’intero corpo, le parti superiori o inferiori o specifici parti del corpo.
Gli esoscheletri vengono indicati in diversi modi: esoscheletro umano, esoscheletro robotico, esoscheletro industriale, tuta robotica ecc..
Introduzione
Gli esoscheletri esistono in natura da secoli come struttura esterna per proteggere il corpo di alcuni animali o insetti. Il termine esoscheletro significa “scheletro esterno” (dal greco: eso- <fuori>, <all’esterno>)
Gli esoscheletri robotici, apparsi per la prima volta negli anni ’60, offrono la stessa protezione, forza e supporto alle persone.
Il settore tecnologico degli esoscheletri è in continua evoluzione, reinventandosi e aggiornandosi costantemente per ampliare e migliorare i campi di utilizzo in applicazioni mediche, industriali, manifatturiere e militari.
Gli esoscheletri oggi stanno diventando sempre più eleganti e leggeri per renderli più facili da indossare e agevolare la manovrabilità.
Cos’è un esoscheletro?
Un esoscheletro robotico è un dispositivo meccanico indossato da un essere umano con articolazioni motorizzate che mirano a ridurre al minimo lo sforzo e le lesioni derivate da varie attività fisiche.
Queste macchine, utilizzate anche per la riabilitazione fisica, sono sempre più adottate in ambiti lavorativi in svariati settori come l’edilizia, la produzione, la logistica ecc..
Esistono esoscheletri con telaio meccanico duro ed esoscheletri morbidi che si affidano al sistema muscolo-scheletrico dell’uomo per trasferire le forze dagli attuatori indossati sul corpo.
Solitamente sono azionati da un motore o da una pressione idraulica con meccanismi meccanici di adeguata rigidità per sostenere il carico da sforzo della persona che lo indossa.
Dotato di caratteristiche come vestibilità, facilità d’uso e intelligenza l’esoscheletro è un sistema integrato uomo-macchina dove è l’essere umano a svolgere il ruolo decisivo nel sistema con enormi benefici per l’uomo.
Come funziona un esoscheletro
L’ esoscheletro è una cornice che circonda il corpo di un utente o parte del corpo dell’utente. Il telaio è talvolta realizzato con materiale duro, come il metallo, e talvolta con un materiale morbido, come particolari tipologie di tessuto.
Alcuni esoscheletri contengono sensori che monitorano e rispondono ai movimenti degli utenti.
Molti esoscheletri trasferiscono il peso e le forze di carico da una parte del corpo ad altre parti, riducendo lo sforzo continuo, aumentando la resistenza, migliorando la produttività e riducendo il rischio di lesioni. Questo processo varia tra i diversi tipi di esoscheletri.
Altri esoscheletri mirano a migliorare la forza dell’operatore agevolando le operazioni dove è richiesto un lavoro muscolare accentuato o stressante in termini di ripetitività e continuità nel tempo.
Gli esoscheletri funzionano in vari modi a seconda della parte del corpo per cui sono destinati e del modo in cui si azionano. Infatti, possono essere motorizzati o meccanici. Gli esoscheletri motorizzati (esoscheletri attivi) svolgono le loro funzioni tramite alimentazione elettrica, mentre gli esoscheletri meccanici (o passivi) funzionano tramite meccanismi idraulici che non necessitano di alimentazione esterna.
A cosa servono gli esoscheletri
Gli esoscheletri robotici sono progettati per ridurre l’affaticamento a determinate zone del corpo come braccia, spalle, collo, schiena, gambe, zona lombare, mani fino al sostegno dell’intero corpo.
Gli esoscheletri, in ambito lavorativo, mirano a ridurre lo sforzo accumulato derivante da attività ripetitive e prolungate durante la giornata produttiva riducendo notevolmente i rischi di lesioni muscolo-scheletrici.
Riduzione di rischio lesioni
Gli esoscheletri distribuiscono il peso in modo più uniforme e riducono lo sforzo su diverse parti del corpo. Ciò può ridurre il rischio di lesioni a lungo termine per alcune tipologie di lavorazioni.
Prevenzione di disturbi muscolo-scheletrici
I disturbi muscoloscheletrici nei lavoratori comportano un costo per le aziende, non solo in termini sanitari, ma anche per assenze dal lavoro e conseguenze che ne derivano.
Gli operatori che utilizzano gli esoscheletri al lavoro sperimentano una diminuzione dei dolori alle parti del corpo che ricevono più carico da sforzo apportando più energia fisica sia al lavoro che a casa.
Riduzione dello sforzo
Gli esoscheletri sono in grado di assistere l’operatore nelle varie mansioni riducendo sforzo e affaticamento in determinate parti del corpo sollecitate da sovraccarico a seconda della tipologia di movimento.
Esoscheletri passivi e attivi
Possiamo suddividere gli esoscheletri in due grandi categorie: esoscheletri passivi (meccanici) ed esoscheletri attivi (elettrici).
Gli esoscheletri passivi (o esoscheletri meccanici) non utilizzano elettricità. Gli utenti godono di maggior libertà di movimento in quanto l’utente non ha bisogno di trasportare una fonte di alimentazione e longevità in quanto l’esoscheletro non necessità di ricarica.
La maggior parte degli esoscheletri meccanici prende il peso da un’area specifica del corpo (come le braccia e spalle) e lo ridistribuisce in un’altra parte per ridurre lo sforzo e l’affaticamento.
Gli esoscheletri attivi (o esoscheletri potenziati) possono essere parzialmente o completamente elettrici. Sono in genere più potenti degli esoscheletri meccanici e possono gestire risorse più pesanti. Possono essere adibiti ad aree del corpo più specifiche, come per esempio la mano, aumentandone pressione e forza ove necessario.
L’esoscheletro attivo può essere classificato come assistivo (soprattutto in campo medico) o potenziante.