Prospettive di applicazione degli esoscheletri negli impianti di ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga LLC

Attualmente, il tema degli esoscheletri sta diventando una delle aree in più rapido sviluppo della robotica di servizio, includendo lo sviluppo di complessi esoscheletrici proprietari, anche in Russia.

L'analisi dell'esperienza globale permette di concludere che attualmente esistono tre settori chiave per l'applicazione dei moduli esoscheletrici e dei complessi basati su di essi:

• esoscheletri per uso militare;
• esoscheletri riabilitativi ed esoscheletri per compensare la mancanza di mobilità nelle persone con disabilità;
• esoscheletri per uso industriale.

Il maggiore interesse oggi è suscitato proprio dal settore degli esoscheletri industriali per una serie di motivi:

• i dispositivi robotici indossabili, progettati per l'uso in ambienti di produzione industriale, stanno diventando l'area in più rapida crescita per l'uso commerciale delle tecnologie esoscheletriche;
• gli esoscheletri per il lavoro e l'industria possono essere utilizzati nei cantieri edili, nei porti, nelle fabbriche e nei magazzini;
• i professionisti della produzione devono costantemente ricorrere al lavoro manuale, di conseguenza sono esposti a fattori di rischio che aumentano la probabilità di infortuni, in primo luogo lo sviluppo di disturbi muscoloscheletrici, che rimangono tra le malattie professionali più comuni nell'Unione Europea. Questo, a sua volta, porta a un aumento dei costi per il mantenimento dei lavoratori durante i periodi di inabilità e a una diminuzione della produttività del lavoro nell'intera azienda;
• le tute esoscheletriche industriali sono meno sensibili alle limitazioni tecnologiche tipiche del settore degli esoscheletri;
• il livello dei requisiti per il sistema di controllo di un esoscheletro industriale è significativamente inferiore rispetto a soluzioni analoghe per uso medico o militare.

In base alla loro struttura, gli esoscheletri industriali si dividono in esoscheletri per la parte superiore o inferiore del corpo, nonché a corpo intero.

In base alla natura dell'azione di forza, si suddividono in passivi (non dotati di attuatori: il supporto e lo scarico in questi casi avvengono tramite l'uso di ammortizzatori, molle, contrappesi, ecc.) e attivi, che a loro volta si dividono in sottogruppi a seconda del tipo di attuatori utilizzati (elettromeccanici, idraulici, pneumatici, combinati).

Attualmente, negli impianti di ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga LLC, l'attenzione è focalizzata sulle attività dei magazzinieri e sulla gravosità del loro processo lavorativo, causata da:

• ripetitività delle operazioni di routine;
• intenso sforzo fisico durante il turno, principalmente su schiena e gambe;
• impossibilità o inopportunità di utilizzare dispositivi di sollevamento per carichi fino a 25 kg.

I fattori elencati causano affaticamento e dolore all'apparato locomotore, che possono portare a malattie professionali o infortuni.

Come soluzione per proteggere i lavoratori dai pesanti carichi fisici, l'azienda sta valutando l'uso di esoscheletri industriali come ausili durante l'esecuzione delle operazioni di produzione. L'uso di tali dispositivi aiuta a ridurre il carico sulla zona lombare della colonna vertebrale e sui muscoli della schiena dei magazzinieri.

Secondo i risultati del benchmarking dei test e dell'applicazione degli esoscheletri nelle aziende russe, questo settore sta appena iniziando a svilupparsi.

Le industrie pesanti, in particolare il settore metallurgico, sono all'apice dello sviluppo. Le tecnologie moderne trasformano e accelerano molti processi. Nornickel è uno dei leader nell'implementazione di tali innovazioni. Negli stabilimenti dell'azienda vengono utilizzati esoscheletri industriali di vari produttori nazionali. Ad esempio, presso la Fabbrica di Rame viene utilizzato l'esoscheletro passivo X-Soft prodotto dall'azienda Exorise.

Dal 2023, lo stabilimento KAMAZ utilizza un esoscheletro per l'assemblaggio con potenziamento delle braccia, che compensa un peso fino a 15 kg per braccio e fissa il polso durante il serraggio dei bulloni, oltre all'esoscheletro passivo dell'azienda Exorise, utilizzato da Nornickel.

Nel 2025, nel centro logistico di KAMAZ verrà implementato un progetto per l'introduzione di un esoscheletro lombare passivo: una cintura con inserti metallici che supporta la zona lombare. È previsto l'acquisto di 68 esoscheletri passivi. Sono già stati ricevuti feedback positivi dai dipendenti del centro, che hanno evidenziato la leggerezza e l'efficacia dell'esoscheletro.

Nei siti produttivi dell'azienda Gazprom Neft viene utilizzato l'esoscheletro passivo ExoHeaver 3Hander prodotto da Exomed. Il dispositivo consente di fissare un utensile elettrico o pneumatico con un peso fino a 15 kg, facilita il lavoro con esso e protegge le articolazioni delle braccia dalle vibrazioni.

Attualmente, ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga LLC ha rivolto la propria attenzione agli esoscheletri passivi per i seguenti motivi:

1. Semplicità di progettazione: gli esoscheletri passivi hanno una struttura più semplice, il che li rende più facili da produrre e mantenere.

2. Basso costo: a causa della semplicità e del ridotto numero di componenti complessi, gli esoscheletri passivi sono più economici da produrre e acquistare.

3. Peso inferiore: gli esoscheletri passivi sono generalmente più leggeri di quelli attivi, il che riduce il carico sull'utente e li rende più comodi per un uso prolungato.

4. Indipendenza dalla fonte di energia: non richiedono batterie o altre fonti di alimentazione, rendendoli più affidabili in condizioni di accesso limitato all'elettricità.

5. Facilità d'uso: non richiedono un addestramento complesso per l'utilizzo e sono accessibili a un vasto pubblico.

6. Stabilità e affidabilità: grazie all'assenza di elettronica e meccanismi complessi, sono meno soggetti a guasti e rotture.

7. Supporto del movimento naturale: possono essere progettati per supportare i movimenti naturali dell'utente, riducendo il rischio di infortuni.

8. Ampio campo di applicazione: sono adatti per la riabilitazione, i lavori fisici pesanti e lo sport.

Secondo un sondaggio di ZARUBEZHNEFT-dobycha Kharyaga LLC, i magazzinieri trasportano manualmente scatole di 15-25 kg, sollevano carichi con la schiena piegata o semi-piegata e possono rimanere a lungo nella stessa posizione. Gli esoscheletri passivi sono leggeri e consentono di sollevare carichi fino a 30-50 kg.

I moderni esoscheletri attivi non sono ancora sufficientemente ergonomici e confortevoli: sono ingombranti, limitano la mobilità e l'uso prolungato può risultare scomodo per i lavoratori. Tuttavia, la continua ricerca e lo sviluppo di nuovi materiali, come la fibra di carbonio e i compositi adattivi, promettono di migliorare queste caratteristiche. A quel punto, si potrà tornare a prendere in considerazione la possibilità di utilizzare esoscheletri attivi.

Presso ZNDKh è stata condotta una breve analisi degli esoscheletri passivi dei produttori russi.

Tre modelli appartengono all'azienda ProExo (città di Vladimir). Uno di questi, il più economico, il modello Ultra, non aiuta nel sollevamento di carichi pesanti, ma riduce il carico sui muscoli della schiena, mantiene una postura corretta e diminuisce la compressione spinale. Questo tipo di esoscheletro è applicabile per le lavoratrici di magazzino che non eseguono sollevamenti di carichi pesanti.

Gli esoscheletri "Lite" e "Boost" dello stesso produttore consentono di trasportare carichi fino a 50 kg, sollevare e abbassare carichi fino all'altezza della vita, scaricare i muscoli delle braccia e della schiena e ridurre la compressione spinale, creando una postura corretta della schiena durante il lavoro.

L'esoscheletro modello "Boost", essendo dotato di polsini per le cosce e compensatori di peso per le gambe, consente di distribuire il carico dalla schiena alle cosce.

Secondo le ricerche del produttore del 2023, la configurazione "Boost" ha mostrato buoni risultati nello scarico delle braccia fino al 49%, nello scarico dei muscoli della schiena fino al 55% e in una riduzione fino al 30% dell'asimmetria laterale (quando i lati sinistro e destro lavorano in modo approssimativamente uguale, poiché spesso una persona, trasportando un carico, carica maggiormente un lato e riduce inaspettatamente il carico sui muscoli della superficie anteriore delle cosce).

Allo stesso tempo, oltre allo scarico muscolare, l'esoscheletro in configurazione "Boost" riduce i rischi di lesioni agli arti superiori, al cingolo scapolare e alla schiena, previene lo sviluppo di deformità scoliotiche e riduce il rischio di aggravamento dei problemi ortopedici, abbassa il tasso di dispendio energetico fino al 25% e riduce significativamente il volume corrente respiratorio fino al 12%. Il 65% dei volontari ha notato una riduzione dell'impatto dello sforzo fisico sui muscoli della schiena.

L'esoscheletro passivo "AUXILIUM MODEL M", del marchio di San Pietroburgo "AUXILIUM", è entrato quest'anno nella produzione industriale in serie. Questo prodotto, come i due precedenti, consente di lavorare con "carichi" fino a 50 kg, trasportare il "carico" su distanze, sollevare e abbassare il "carico" fino all'altezza della vita, e lavorare a lungo in piedi con il busto inclinato con il "carico". È realizzato in varie modifiche e in due materiali: alluminio e titanio, da cui dipende il costo del prodotto finale.

L'esoscheletro passivo "LOWEBACKER", del marchio di Kursk "Exomed", è progettato per scaricare la zona lombare della colonna vertebrale durante il sollevamento e il trasporto di carichi con un peso massimo di 30 kg da un'altezza compresa tra 0 e 1 m.

Questo prodotto aiuta a scaricare la zona lombare della colonna vertebrale, ridurre gli infortuni e le malattie professionali, nonché aumentare la resistenza dell'operatore fino al 40% a seconda del tipo di lavoro.

Va notato che il peso di tutti gli esoscheletri esaminati non supera i 3 kg.

Come risultato dell'applicazione degli esoscheletri passivi nel lavoro dei magazzinieri, si prevede:

1. Riduzione del rischio di insorgenza di malattie professionali.
2. Riduzione del livello di infortuni sul lavoro.
3. Aumento della produttività del lavoro.
4. Risparmio di tempo nell'esecuzione di compiti non legati allo sforzo fisico (ad esempio, un esoscheletro passivo, a differenza di uno attivo, consente di passare rapidamente alla compilazione di documenti, poiché non è necessario rimuovere il dispositivo).
5. Vantaggio reputazionale: essere una delle prime aziende del settore a utilizzare gli esoscheletri.

Inoltre, secondo i requisiti del Codice del Lavoro della Federazione Russa, il finanziamento delle misure annuali per migliorare le condizioni di lavoro e l'HSE da parte dei datori di lavoro deve essere pari ad almeno lo 0,2 percento dei costi di produzione. L'implementazione di tecnologie innovative è una misura efficace per ridurre gli infortuni sul lavoro e dà ai lavoratori la certezza che il datore di lavoro è interessato a migliorare le loro condizioni operative e a ridurre i rischi professionali.