Spis treści
Egzoszkielet – czym jest i jak funkcjonuje?
Egzoszkielet to zewnętrzna struktura mechaniczna, która jest dopasowana do ludzkiego ciała. Jej zadaniem jest wzmocnienie naturalnych zdolności fizycznych użytkownika – nie tylko zwiększa siłę mięśni, ale również poprawia ergonomię pracy i chroni przed przeciążeniem układu kostno-mięśniowego.
Podstawowa zasada działania egzoszkieletów opiera się na przeniesieniu obciążeń z ciała użytkownika na konstrukcję mechaniczną. Gdy pracownik wykonuje określone czynności – podnosi ciężkie przedmioty, pracuje z uniesionymi rękami czy wykonuje powtarzalne ruchy – egzoszkielet przejmuje część wysiłku, równomiernie rozkładając siły na większą powierzchnię ciała. Współczesne rozwiązania wykorzystują zaawansowane systemy biomechaniczne, które analizują ruchy użytkownika i automatycznie dostosowują poziom wsparcia. Dzięki temu pracownik może wykonywać swoje obowiązki z mniejszym wysiłkiem, dłużej i bezpieczniej.
Zastosowania przemysłowe egzoszkieletów
Egzoszkielety mogą być pomocne przy realizowaniu różnych zadań związanych z podnoszeniem lub przenoszeniem ciężkich przedmiotów, ale również z wykonywaniem monotonnych czynności, które wymagają trzymania rąk nad głową.
W budownictwie egzoszkielety wspomagają wykonywanie najbardziej wymagających fizycznie zadań. Pracownicy wyposażeni w te urządzenia mogą bez nadmiernego wysiłku podnosić materiały o wadze znacznie przekraczającej ich naturalne możliwości. Szczególnie cenne okazują się podczas montażu nad głową, gdzie tradycyjne narzędzia pomocnicze są niewystarczające.
Również branża logistyczna, gdzie codziennie przenoszone są miliony kilogramów towarów, może być naturalną domeną zastosowania egzoszkieletów. Pracownicy magazynów mogą dzięki nim znacznie zwiększyć efektywność pracy przy pakowaniu, rozładunku i kompletowaniu zamówień. Automatyzacja procesów magazynowych nie wyeliminowała jeszcze całkowicie pracy fizycznej, dlatego wspomaganie egzoszkieletami może być ważne dla utrzymania konkurencyjności.
Przeczytaj również: Roboty SCARA – budowa, zalety i zastosowania w przemyśle
Na liniach produkcyjnych, gdzie wciąż dominuje praca manualna wymagająca precyzji, egzoszkielety wspierają pracowników przy długotrwałym utrzymywaniu rąk w pozycji podniesionych. Montaż komponentów w trudno dostępnych miejscach pojazdu przestaje być wówczas źródłem chronicznych dolegliwości mięśniowych.
To tylko kilka przykładów wykorzystania egzoszkieletów w szeroko pojętym przemyśle. Przyszłość tych urządzeń to jednak również m.in. branża medyczna i rehabilitacyjna. Egzoszkielety mogą pomagać pacjentom np. po udarach, urazach rdzenia kręgowego czy z chorobami neurologicznymi odzyskiwać zdolność chodzenia i wykonywania codziennych czynności.
Klasyfikacja egzoszkieletów
Choć ogólna budowa i zasada działania egzoszkieletów jest taka sama, to jednak można wyróżnić co najmniej kilka różnych typów tych urządzeń.
Przeczytaj również: Roboty typu delta w przemyśle – kompaktowe, szybkie i niezawodne
Podział anatomiczny
Wyróżniamy tu np. egzoszkielety kończyn górnych, które są najliczniejszą grupą dostępnych rozwiązań. Wspierają one funkcje ramion, łokci, nadgarstków i palców wszędzie tam, gdzie wymagana jest długotrwała praca z uniesionymi kończynami. Szczególnie popularne są systemy kompensujące siły grawitacyjne działające na ramiona podczas pracy nad głową.
Egzoszkielety kończyn dolnych koncentrują się na wspomaganiu bioder, kolan i kostek. Konstrukcyjnie są bardziej złożone ze względu na konieczność zapewnienia stabilności przy jednoczesnej swobodzie ruchu. Stosuje się je głównie w rehabilitacji, ale także przy zadaniach, które wymagają długotrwałego stania i chodzenia.
Egzoszkielety pleców zyskują na popularności dzięki uniwersalności zastosowań. Większość modeli koncentruje się na wsparciu dolnej części kręgosłupa, co jest szczególnie istotne przy podnoszeniu ciężarów, pochylaniu się i wykonywaniu skrętów tułowia.
Technologie konstrukcyjne
W ramach tego podziału wyróżniamy egzoszkielety pasywne i aktywne.
Systemy pasywne działają bez zewnętrznego zasilania, wykorzystując zasadę akumulacji i odzysku energii mechanicznej. Gdy użytkownik pochyla się lub kuca, elastyczne elementy gromadzą energię, która następnie jest uwalniana podczas podnoszenia, wspomagając naturalny ruch.
Konstrukcja opiera się na wykorzystaniu sprężyn mechanicznych, elementów gazowych, taśm elastycznych czy specjalistycznych tkanin inteligentnych. Typowy egzoszkielet pasywny waży około 1,5 kg i może zmniejszyć odczuwane obciążenie o 6-40 kg, w zależności od typu wykonywanych czynności.
Główne zalety systemów pasywnych to prostota obsługi, brak konieczności ładowania baterii, kompaktowe rozmiary i stosunkowo niska cena. Ograniczeniem jest mniejszy zakres wspomagania w porównaniu z rozwiązaniami aktywnymi i ograniczona adaptacyjność do różnych typów ruchów.
Egzoszkielety aktywne są bardziej zaawansowanymi rozwiązaniami. Wyposażone są w silniki elektryczne, siłowniki hydrauliczne lub pneumatyczne sterowane przez elektroniczne kontrolery. Czujniki ruchu, siły i momentu obrotowego monitorują w czasie rzeczywistym działania użytkownika, a system sterowania dynamicznie dostosowuje poziom wspomagania.
Siłowniki elektryczne charakteryzują się precyzyjną kontrolą, co czyni je idealnymi dla zadań wymagających dokładności. Systemy hydrauliczne sprawdzają się przy podnoszeniu bardzo ciężkich ładunków, podczas gdy rozwiązania pneumatyczne zapewniają płynność ruchów przy zachowaniu względnie małej masy.
Podział funkcjonalny
Jeszcze inną klasyfikacją jest podział ze względu na wspierane aktywności. Można tu wyróżnić egzoszkielety do pracy stojącej, wspomagające chodzenie, ułatwiające pochylanie się oraz dedykowane do czynności wykonywanych z rękami ponad głową.
Korzyści dla pracowników i przedsiębiorstwa
Główną wartością egzoszkieletów jest duże zmniejszenie ryzyka urazów układu kostno-mięśniowego. Odpowiednie rozkładanie obciążeń chroni kręgosłup, stawy i mięśnie przed przeciążeniem. Wymuszenie prawidłowej postawy ciała zapobiega powstawaniu przewlekłych dolegliwości, które stanowią jedną z głównych przyczyn absencji chorobowej w przemyśle.
Pracownicy wyposażeni w egzoszkielety mogą podnosić ładunki o ok. 20–30 kg cięższe niż w warunkach naturalnych, co przekłada się na znaczny wzrost produktywności. Zmniejszenie zmęczenia pozwala na utrzymanie wysokiej efektywności przez cały dzień pracy, eliminuje spadki wydajności charakterystyczne dla końca zmiany.
Przeczytaj również: Coboty w nowoczesnych fabrykach. Bezpieczna automatyzacja produkcji
Egzoszkielety zwiększają też precyzję wykonywanych czynności poprzez stabilizację ruchów i zmniejszenie drżenia rąk spowodowanego zmęczeniem. Pracownicy odczuwają większy komfort pracy, co pozytywnie wpływa na ich satysfakcję zawodową.
Inwestycja w egzoszkielety szybko się zwraca nie tylko dzięki zwiększonej produktywności, ale również poprzez zmniejszenie kosztów opieki medycznej czy spadek absencji chorobowej. Dodatkową wartością jest możliwość dłuższego wykorzystywania kompetencji starszych i doświadczonych specjalistów.
Egzoszkielet – ograniczenia i wyzwania technologiczne
Współczesne egzoszkielety, mimo postępu technologicznego, nadal charakteryzują się pewnymi ograniczeniami. Systemy aktywne wymagają regularnego ładowania baterii, co może zakłócać ciągłość pracy. Złożoność konstrukcji zwiększa ryzyko awarii i wymaga specjalistycznej obsługi technicznej.
Wyzwaniem jest też dopasowanie egzoszkieletu do różnorodnych typów sylwetek pracowników. Niewłaściwie dobrany system może powodować dyskomfort, otarcia skóry czy ograniczenie naturalnej swobody ruchów. Konieczne jest indywidualne dopasowanie i okres adaptacji dla każdego użytkownika.
Awaria egzoszkieletu podczas wykonywania ciężkiej pracy fizycznej może stwarzać zagrożenie dla użytkownika. Systemy muszą być wyposażone w mechanizmy awaryjne i procedury bezpiecznego wyłączania. Regularna konserwacja i kontrola techniczna są niezbędne dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji.
Również wysoki koszt zakupu, szczególnie systemów aktywnych, wciąż jest jeszcze dużą barierą dla wielu firm. Egzoszkielety aktywne mogą kosztować kilkadziesiąt tysięcy złotych za sztukę, co wymaga starannego planowania inwestycji i analizy zwrotu kosztów.
Polecany artykuł:
Przyszłość egzoszkieletów w przemyśle
Rozwój egzoszkieletów zmierza w kierunku jeszcze bardziej zaawansowanych rozwiązań. Integracja sztucznej inteligencji i algorytmów uczenia maszynowego pozwoli na samodzielne dostosowywanie się do stylu pracy użytkownika. Miniaturyzacja komponentów i wykorzystanie nowych materiałów kompozytowych doprowadzi do powstania lżejszych i bardziej ergonomicznych konstrukcji.
Hybrydowe systemy zasilania łączące akumulatory z technologiami odzyskiwanie energii wydłużą czas pracy na jednym ładowaniu. Rozwój czujników elastycznych dopasowujących się do ciała zwiększy natomiast precyzję monitorowania ruchów i komfort użytkowania.
Modularność konstrukcji pozwoli na łatwe dostosowywanie egzoszkieletów do różnych zadań i typów budowy ciała. Integracja z systemami IoT umożliwi zbieranie danych o wydajności pracy i stanie zdrowia pracowników, wspierając optymalizację procesów produkcyjnych.
Podsumowanie
Egzoszkielety przemysłowe przestają być futurystyczną wizją, a stają się realnym narzędziem wspierającym współczesnych pracowników. Korzyści płynące z ich stosowania – zwiększenie wydajności, ochrona zdrowia, poprawa jakości pracy – czynią je atrakcyjną inwestycją dla przedsiębiorstw przemysłowych.
W obliczu starzejącego się społeczeństwa i rosnących wymagań dotyczących bezpieczeństwa pracy, egzoszkielety oferują rozwiązanie pozwalające na wykorzystanie doświadczenia starszych pracowników przy jednoczesnym zapewnieniu im odpowiedniej ochrony zdrowia. Nie zastąpią oni ludzi w przemyśle, ale pozwolą im pracować lepiej, bezpieczniej i dłużej.
Źródło: Egzoszkielety w budownictwie i przemyśle – mechaniczne wsparcie pracy człowieka
