Мягкий экзоскелет: снижение усталости и травматизма на производстве

Инженеры из Техасского университета в Арлингтоне разработали инновационный мягкий роботизированный экзоскелет, призванный облегчить физическую нагрузку на руки и локти работников, чья деятельность связана с подъемом тяжестей и повторяющимися движениями. Это изобретение может стать ключом к предотвращению развития профессиональных заболеваний опорно-двигательного аппарата, которые составляют значительную долю производственных травм.

Новое устройство, получившее название Pneumatically Actuated Soft Elbow Exoskeleton (PASE), представляет собой легкий силиконовый пневматический привод. Этот мягкий, заполненный воздухом механизм призван ассистировать движения руки во время выполнения рутинных промышленных задач, таких как подъем, сборка и сверление. Гибкая конструкция экзоскелета нацелена на снижение риска возникновения травм, связанных с чрезмерной нагрузкой на мышцы, что ежегодно обходится в миллиарды долларов в виде компенсаций и затрат на восстановление.

"Наша основная задача — создать профилактическое, вспомогательное устройство, которое снижает нагрузку на мышцы до того, как произойдут травмы", — объясняет Эшвара Прасад Шридхар, аспирант кафедры промышленной инженерии. "Благодаря использованию пневматических систем, которые часто уже присутствуют на производственных линиях, этот экзоскелет может быть легко интегрирован в рабочие процессы".

В разработке устройства участвовала междисциплинарная команда, включающая профессора Махмудура Рахмана, главного научного сотрудника Муту Виджесундару и научного сотрудника Вейселя Эрела. Они спроектировали PASE как единый пневматический привод, минимизируя вес и сложность конструкции, при этом обеспечивая максимальный комфорт и свободу движений. Экзоскелет изготовлен из силикона, установлен на углепластиковой пластине и имеет мягкое неопреновое внешнее покрытие, что обеспечивает точную поддержку естественных движений локтя.

В ходе исследования с участием 19 добровольцев в возрасте от 18 до 45 лет, экзоскелет был протестирован в условиях ручного подъема веса, базовой сборки и работы с электроинструментом. При активации поддержки экзоскелета активность мышц бицепса и трицепса снижалась до 22% во время подъема. Участники также отметили снижение воспринимаемой физической и умственной нагрузки на 8–10 пунктов по шкале NASA Task Load Index по сравнению с условиями без использования экзоскелета.

"Даже предотвращение одной производственной травмы имеет огромное значение", — подчеркивает доктор Эрел, руководитель направления мягкой робототехники в UTARI. "Подобные проекты демонстрируют, как инженерия может напрямую улучшать качество жизни людей, снижая утомляемость, предотвращая травмы и создавая более безопасные условия труда".

Исследование, посвященное разработке и оценке мягкого экзоскелета для локтя, было опубликовано в Journal of Rehabilitation and Assistive Technologies Engineering. Команда уже подала заявку в Национальный научный фонд на расширение проекта, планируя создать полный экзоскелет для верхней конечности, который сможет одновременно помогать локтю, запястью и пальцам.

"Такие междисциплинарные исследования — основа миссии UTA", — заключает Эрел. "Объединяя экспертизу в области робототехники, машиностроения и человеческого фактора, мы создаем решения, которые имеют реальное значение как для промышленности, так и для повседневной жизни".