https://blogs.cdc.gov/niosh-science-blog/2016/03/04/exoskeletons/

İşyerinde Fiziksel Yükü Azaltmak için Giyilebilir Dış İskeletler

Yayınlanan4 Mart 2016tarafından Brian D. Lowe, PhD, CPE; Robert B. Dick, Doktora, Kaptan USPHS (E.); Stephen Hudock, Doktora, CSP; ve Thomas Bobick, PhD, CSP, CPE

Fotoğraf SuitX, US Bionics, Inc.'in izniyle

Güçlü destek sağlayan ve insan gücünü artıran robot benzeri giysiler, bilimkurgu ve süper kahraman filmi türlerini düşündürebilir. Ancak bu giyilebilir dış iskelet cihazları artık bir gerçeklik ve iş yerindeki uygulamalarının pazarının önümüzdeki beş yıl içinde önemli ölçüde artması bekleniyor. Herhangi bir teknolojik yenilikte olduğu gibi, bazı artıları ve eksileri ve benimsemenin önündeki engeller tam olarak anlaşılmamıştır. Bu blogda hedeflerimiz şunlardır: (1) giyilebilir dış iskeletleri işyeri güvenliği ve sağlık kontrol stratejileri bağlamında tanımlamak; (2) bu teknolojilerin endüstriyel uygulamalarıyla ilgili mevcut ve öngörülen eğilimleri vurgulayın; ve (3) paydaşlarımızdan bu cihazlarla ilgili olumlu veya olumsuz işyeri sağlığı ve güvenliği deneyimleri hakkında bilgi almaya davet etmek.

Vücuda takılabilen dış iskelet de Looze ve ark tarafından tanımlanmıştır. (2015) “…bir kişinin gücünü artıran giyilebilir, harici mekanik bir yapı. Dış iskeletler 'aktif' veya 'pasif' olarak sınıflandırılabilir. Aktif bir dış iskelet, insanın gücünü artıran ve insan eklemlerini harekete geçirmeye yardımcı olan bir veya daha fazla aktüatör içerir. …Kesinlikle pasif bir sistem herhangi bir aktüatör kullanmaz, bunun yerine insan hareketiyle toplanan enerjiyi depolama ve bunu bir duruşu veya hareketi desteklemek için gerektiği gibi kullanma becerisine sahip malzemeleri, yayları veya amortisörleri kullanır.”Pasif sistemler, herhangi bir harici güç gerektirmez ve ya bel kaslarını boşaltan bir geri yükleme momenti ya da alet veya malzemeleri desteklerken kol ve omuz kaslarını güçlendirmek için ek dikey kaldırma kuvveti sağlamak için yaylar, elastik kordonlar veya diğer esnek elemanlar kullanır. Daha karmaşık aktif dış iskelet sistemleri, işçininkiyle eşleşen eklemlere sahip bir dış çerçeve üzerinde elektrikli servo motorlar ve elektrikli aktüatörler kullanır. Aktüatörler, kullanıcının harici yükleri yardımsız yeteneklerinden daha az çabayla kaldırabilmesi için kullanıcının ortak torkunu artırır. Bu cihazlar genellikle modern veya fütüristik teknoloji olarak tasvir edilir; ancak rehabilitasyon/yardımcı teknoloji olarak uzun bir geçmişleri vardır. Bir ABD patenti (aşağıdaki çizime bakınız) 1890'da “yürümeyi kolaylaştıran aparat” için verilmiştir (Yagn, 1890 ABD Patenti).

ABD patenti # 440684A (1890)

İşyeri sağlığı ve güvenliği açısından, giyilebilir dış iskelet cihazları, mühendislik süreci değişikliği ile başka şekilde azalmayan kas-iskelet yüklerini azaltmada faydalı olabilir. Ağır malzemelerin kaldırılması ve taşınması ve ağır aletlerin desteklenmesi, iş yerindeki kayıp zaman yaralanmalarının ve hastalıklarının yaklaşık %30'unu oluşturduğu bilinen yorgunluk ve kas-iskelet sistemi rahatsızlıklarına (MSD'ler) katkıda bulunur. Liberty Mutual Insurance Company , bir dış kaynağın (kaldırma, itme, çekme, döndürme, fırlatma veya yakalamadan kaynaklanan) aşırı efordan kaynaklanan yaralanmaların doğrudan maliyetlerini 2012'de 15.1 milyar dolar olarak tahmin etti - bu, toplam işyeri yaralanma doğrudan maliyetlerinin dörtte birini temsil ediyor ( Karşılıklı Özgürlük, 2014).

Kas-iskelet sistemi yaralanması risk faktörlerine maruz kalmayı azaltmak için tercih edilen yaklaşım , işin mühendislik kontrolleri veya süreç değişikliği yoluyla riski azaltmak için yeniden tasarlanacağı kontrol hiyerarşisini takip eder . Örnekler, ağır alet veya malzemeleri taşırken işçileri riske sokan vücut duruşlarından ve manuel kuvvetlerden kaçınmak için alet veya malzemelerin ağırlıklarının azaltılmasını veya çalışma alanının düzeninin değiştirilmesini içerir. Bunun her zaman mümkün olmadığını kabul ederek, daha az tercih edilen bir yaklaşım, çalışanın giydiği ekipmanı kişisel koruma olarak sağlamaktır. Sırt kemerleri veya kaldırma kemerleri şeklindeki giyilebilir pasif korseler, kaldırma sırasında sırt yaralanması riskini azalttığı iddia edilen bir kişisel ekipman biçimi olarak yıllardır ticari olarak mevcuttur. 1990'larda sırt kemeri çalışmalarının bir NIOSH incelemesi (“Sırt Kemerlerinin İşyerinde Kullanımı. Gözden Geçirme ve Öneriler ”), sırt kemerlerini etkili bir KKD formu olarak sınıflandırmak için yaralanmaları önlemedeki etkinliklerine dair yetersiz kanıt buldu. 1994 özetinde NIOSH, sırt kemeri yerine, “…Sırt yaralanmasını önlemenin en etkili yolu, çalışma ortamını ve çalışma görevlerini, kaldırma tehlikelerini azaltmak için yeniden tasarlamaktır” tavsiyesinde bulundu. Giyilebilir bir cihazı içeren bir kontrol stratejisinin etkinliğini ele alan bu öneri, günümüzün giyilebilir dış iskeletine benzer şekilde uygulanabilir.

Kontrol hiyerarşisindeki yerleri ne olursa olsun, giyilebilir dış iskeletlerin endüstriyel kullanımı pazarının artması bekleniyor. Yakın tarihli bir pazar araştırması raporuna göre (WinterGreen, Research Inc., 2015) [1]2016'da tıbbi/rehabilitasyon uygulamaları, iş ile ilgili/endüstriyel uygulamalar için yalnızca %3'e kıyasla, giyilebilir dış iskeletler için toplam pazarın %97'sini oluşturacaktır. Bu rapor, beş yıl içinde endüstriyel pazar payının tıbbi/rehabilitasyona eşit olacağını öngörüyor. Bu rapordan elde edilen pazar tahminleri, endüstriyel pazarda 2016'da 2,9 milyon dolardan 2021'de 1,12 milyar dolara, yani yılda ortalama %229'luk bir büyüme olduğunu gösteriyor. Şu anda devam etmekte olan Gemi İnşa endüstrisinde kullanım, başlangıçta yüksek bir pazar yüzdesini temsil etmektedir, ancak İnşaat, Depolama ve İmalat endüstrilerinde pazar payında daha büyük artışlar öngörülmektedir.

NIOSH, işyeri kas-iskelet sistemi yaralanmaları ve hastalıklarının önlenmesinde giyilebilir dış iskeletlerle ilgili kanıtları gözden geçirmemiştir. Ancak, de Looze ve ark. (2015) 1995-2014 yıllarında gerçekleştirilen ve dış iskeletlerin kas-iskelet yükünü azaltma üzerindeki etkisini inceleyen 40 bilimsel çalışma belirlemiştir. Bu çalışmaların çoğu, bu etkileri bir laboratuvar ortamında değerlendirdi ve birkaç çalışma, alt omurgada sırt kas aktivitesinde ve sıkıştırma kuvvetlerinde azalma olduğunu bildirdi. Çalışmaların çoğu laboratuvar ortamlarında yapıldığından, cihazların çalışanların kabulü ve benimsenmesi ve gerçek çalışma ortamlarında uzun süreli kullanımı hakkında daha fazla bilgiye ihtiyaç duyulmaktadır.

Bir dizi aktif Savunma Bakanlığı araştırma programı, dış iskelet teknolojilerinin askeri uygulamalarda fiziksel yetenekleri ne ölçüde artırabileceğini araştırıyor. Bir örnek, DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) Warrior Web programıdır. Yaralanma azaltma teknolojilerinin araştırma ve geliştirmede bir hedef olduğu. Sistemler, Deniz Yüzey Harp Merkezi ve Natick Asker Araştırma, Geliştirme ve Mühendislik Merkezi tarafından değerlendiriliyor. Bu gruplar, dış iskelet sistemleri için güvenlik temelli kriterler belirlemiştir ve kullanımlarının daha uzun vadeli etkilerini incelemeye başlamaktadır. Ek olarak, yedi Avrupa ülkesinden 12 ortaktan oluşan ve "Robo-Mate" projesi adı verilen bir Avrupa konsorsiyumu, dış iskeletlerle ilgili mevcut düzenlemeleri değerlendirmek ve endüstriyel ortamlarda elle taşıma faaliyetlerinde dış iskelet kullanan işçilere yönelik potansiyel riskleri özetlemek için resmi olarak kurulmuştur. . Ortaklar arasında otomotiv ve söküm endüstrilerinden son kullanıcılar, endüstriyel robotik/teknoloji geliştiricileri, bir robotik entegratörü ve ergonomi araştırma grupları yer alıyor.

Birkaç dış iskelet geliştiricisi, yakın zamanda NIOSH program yöneticilerine dış iskelet teknolojisi transferinin gösterileriyle yaklaştı. Bu cihazların, yaralanma risk faktörlerini azaltmak için bazı belirli endüstri uygulamalarında faydaları olduğu görülmektedir. Fiyatları düştükçe, dış iskelet teknolojilerine daha fazla işyeri ilgisi bekleyebiliriz. Ancak, işyerinde yaygın olarak benimsenmeden önce mesleki kullanımları potansiyel faydaları ve potansiyel rekabet riskleri açısından değerlendirilmelidir. Ele alınması gereken bazı sorular şunları içerir, ancak bunlarla sınırlı değildir:

• Bazı cihazlar, kas-iskelet bölgeleri arasında işçiyi hala riske atan bir yük aktarımı yaratıyor mu? Örneğin, bir yelek veya kalça destekli bir cihaz, kollardan ve omuzlardan yükü aktarabilir, ancak omurgaya ve alt ekstremitelere aktarılan toplam yükteki artışın da uzun vadeli etkileri olabilir.
• Bazı cihazların ilave ağırlığı, enerji harcamasını/metabolik iş yükünü arttırır mı? Bazı cihazlar kullanıcı konforunu etkiler mi?
• Bazı cihazlar, kütle merkezlerini değiştirerek veya alt ekstremite kaslarındaki yorgunluk oranını artırarak kullanıcının dengesini etkiler mi? De Looze ve ark. (2015) bazı cihazlar için bacak kas aktivitesinde artışlar rapor edilmiştir (örn. Barret ve Fathallah, 2001; Ulrey ve Fathallah, 2013); bu, “dengeyi korumak için [dış iskelet] ekipmanı tarafından uygulanan dış kuvvetlerin etkisiz hale getirilmesi gerektiğinden…” olabilir. Bacak kas aktivitesindeki bu artış, alt ekstremite yorgunluğuna ve artan denge kaybı riskine katkıda bulunabilir mi? Buna bağlı olarak, bu olası bacak yorgunluğu ve denge kaybı nedeniyle düşme riskleri artar mı?
• Bazı cihazlar kas kullanım modellerini etkiliyor mu veya normal eklem mekaniğini değiştiriyor mu, bu da cihazı kullanırken veya cihazı iş dışı aktivitelerde kullanmadıklarında çalışanları riske atıyor mu? Örneğin, bir sürekli dış yardım alışık olur bütün gün onun için sağlanan pasif bir dış iskelet cihazı kullanarak bir işçinin üzerine yeniden orada etkileri / onu kasları geri?
• Bu cihazlar, ağır yükleri taşımak için potansiyel bir "yanlış güvenlik duygusu" yaratıyor mu? Bu, sırt kemeri kullanımıyla ilgili olarak dile getirilen bir endişeydi. Dış iskelet kullanımına da uygulanabilir mi?
• Dış iskeletlerin etkili olduğu kanıtlanırsa, çalışanın artırılmış kapasitesi için güvenli fiziksel yükleri korurken kabul edilebilir kaldırma/taşıma ağırlık sınırlarını uygun şekilde artıran işyeri uygulamalarını nasıl kurarız?

Girdi/İşbirliği

Yazarlar ve NIOSH Kas-İskelet Sağlığı Sektörü Arası programı, fiziksel yükü azaltmak ve çalışanların yaralanmasını önlemek için giyilebilir dış iskelet cihazlarıyla ilgili olumlu veya olumsuz sektör paydaş deneyimleriyle ilgilenmektedir. Bu cihazlar hangi endüstrilerde ve belirli mesleklerde başarılı oldular ve hangi endüstrilerde/mesleklerde olmadılar? Endüstri deneyimi, kontrollü bir laboratuvar ortamında belirgin olmayan işçi kabulünün önündeki sorunları ve engelleri ortaya çıkarabilir. Aşağıda yorum yaparak sizi giyilebilir dış iskelet teknolojileriyle ilgili deneyimleri paylaşmaya davet ediyoruz.

İşyerinizde dış iskelet kullanıyorsanız ve değerlendirme konusunda NIOSH ile işbirliği yapmak istiyorsanız, lütfen bizimle şu adresten iletişime geçin: nioshmsdprogram@cdc.gov .

 

Brian D. Lowe, Doktora, CPE; Robert B. Dick, Doktora, Kaptan USPHS (E.); Stephen Hudock, Doktora, CSP; ve Thomas Bobick, PhD, CSP, CPE

Dr. Lowe, NIOSH Uygulamalı Araştırma ve Teknoloji Bölümünde Araştırma Endüstrisi Mühendisidir.

CAPT Dick, NIOSH Uygulamalı Araştırma ve Teknoloji Bölümü'nde misafir bilim insanıdır.

Dr. Hudock, NIOSH Uygulamalı Araştırma ve Teknoloji Bölümünde Baş Araştırma Güvenliği Mühendisidir.

Dr. Bobick, NIOSH Güvenlik Araştırmaları Bölümünde Araştırma Güvenlik Mühendisidir.

 

Ürünlere veya hizmetlere yapılan atıflar, NIOSH veya ABD hükümeti tarafından onaylandığı anlamına gelmez.

 

Referanslar

Barret, AL ve FA Fathallah (2001). Tarımsal Durak Çalışması Sırasında Alt Sırttaki Yükleri Azaltmak için Dört Ağırlık Transfer Cihazının Değerlendirilmesi, Kağıt Numarası, Amerikan Ziraat Mühendisleri Derneği Toplantısı, Sacramento, ABD

de Looze, MP, Bosch, T, Krause, F, Stadler, KS ve O'Sullivan, LW (2015). Endüstriyel uygulama için dış iskeletler ve fiziksel iş yükü üzerindeki potansiyel etkileri, Ergonomi, DOI: 10.1080/00140139.2015.1081988

Liberty Mutual Sigorta Şirketi (2014). İşyeri Güvenliği Endeksi 2012.

NIOSH (1994). Sırt Kemerlerinin İşyerinde Kullanımı. İnceleme ve Öneriler. Yayın numarası 1994-122.

NIOSH (1994). Arka kemerler. Yaralanmayı Önlerler mi? Yayın numarası 1994-127.

Ulrey, BL ve FA Fathallah (2013). Kişisel Ağırlık Transfer Cihazı ile Eğik Duruşun Konuya Özel Tüm Vücut Modelleri, Journal of Electromyography and Kinesiology 23(1): 206-215.

van der Vorm, J, Nugent, R, O'Sullivan, L. (2015). Bir dış iskeletin yaşam döngüsü için tasarımda Güvenlik ve Risk Yönetimi: Robo-Mate projesinde geliştirilen yeni bir süreç. Procedia İmalatı, 3:1410-1417.

WinterGreen Research, Inc. (2015). Giyilebilir Robotlar, Dış İskeletler: Pazar Payları, Pazar Stratejileri ve Pazar Tahminleri, 2015 - 2021. RAPOR # SH26511914, Lexington, Massachusetts: WinterGreen Research, Inc.

Yagn, N. (1890). Yürümeyi kolaylaştıran aparat. ABD Patenti No. 440684A.

[1] Bunlar, hakemli olmayan bir rapordan alınan piyasa projeksiyonu verileridir.