Rakennusteollisuudessa käytettävät exoskeletons eli ulkoluurangot ovat kypsiä kasvulle, sanoo Dan Kara, joka johti joulukuuhun asti robotiikkaan keskittyvää tutkimusta teknologia-alan yritystutkimusyritys ABI Researchissa.

ABI Research ennustaa, että pelkästään robotti-exoskelettien markkinat nousevat 1,8 miljardiin dollariin vuonna 2025, kun ne vuonna 2014 olivat 68 miljoonaa dollaria. Tänä vuonna myydään noin 6 000 pukua, pääasiassa kuntoutukseen. Vuoteen 2025 mennessä ABI odottaa markkinoilla olevan noin 2,6 miljoonaa.

Vaikka useat yritykset valmistavat exoskeleton-pukuja rakennus- ja tuotantokäyttöön, ne ovat toistaiseksi edistyneet vain vähän rakennusalalla, ja vain harvat, jos lainkaan, rakennusyritykset ovat ottaneet niitä käyttöön. Sillä välin rakentajat voivat seurata valmistajia, jotka antavat robottipuvuille koekäyttöä selvittääkseen, miten niitä voidaan käyttää rakennusalalla.

Exosuitsit ovat metallisia kehyksiä, joihin on asennettu moottoroidut lihakset, jotka moninkertaistavat käyttäjän voiman. Robottipukujen metallirunko, jota kutsutaan myös exoskeletoneiksi, peilaa jossain määrin käyttäjän sisäistä luurankorakennetta.

Puku saa nostetut esineet tuntumaan paljon kevyemmiltä ja joskus jopa painottomilta, mikä vähentää loukkaantumisia ja parantaa vaatimustenmukaisuutta.

Katsokaa tätä OSHA:n vaatimustenmukaisuusopasta saadaksenne lisätietoa.

Ja rakennusteollisuudessa tullaan käyttämään näitä päällään pidettäviä, moottoroituja tai moottorittomia robotti-eksopukuja sankoin joukoin, ainakin erään analyysin mukaan.

Yksi syy siihen, että robottipuvut ovat kypsiä rakentajien käyttöön, on niiden laskeva hinta, Kara sanoo. Esimerkkinä mainittakoon, että kahdenlaisia pukuja, Chairless Chair ja EksoWorks Vest, myydään noin 5 000 dollarin kappalehintaan, mikä on paljon vähemmän kuin kokovartalopuvut, jotka auttavat halvaantuneita kävelemään.

Yhdysvaltalaisesta sotilasprojektista terveydenhuoltoon ja muuallekin

Ensimmäisenä puolustusvoimien kehittämät exoskeletit ovat siirtymässä terveydenhuollosta valmistus- ja maatalousteollisuuteen, jossa työntekijät kantavat ja siirtävät raskaita kuormia ja liikkuvat toistuvasti. Terveydenhuollossa puvut auttavat aivohalvauksen saaneita henkilöitä saamaan raajojensa voiman takaisin tai jopa halvaantuneita kävelemään tai käyttämään käsiään.

Vuoden 1965 tienoilla General Electric alkoi kehittää Hardimania, suurta kokovartalo-eksoskelettiä, joka oli suunniteltu lisäämään käyttäjien voimaa 25-kertaiseksi ja auttamaan heitä nostamaan raskaita esineitä. Yhdysvaltain armeijan ja laivaston sponsoroimassa projektissa etsittiin konetta, joka voisi auttaa rahdin tai laitteiden siirtämisessä. Exoskeletti painoi 1 500 kiloa, ja se koostui kahdesta puvusta, joista toinen oli kiinnitetty käyttäjään ja toinen ulkoiseen pukuun, joka kantoi esineitä.

Koneen raskas paino sekä sen pukemiseen ja riisumiseen liittyvät ongelmat aiheuttivat sen, että exoskelettien kehitys lamaantui joksikin aikaa.

Mutta vuoden 2000 tienoilla exoskelettien robottipuvut tulivat yhä useampien terveydenhuollon käyttäjien saataville. Yksi ensimmäisistä sovelluksista, Lokomat, käytetään kävelyn kuntoutukseen aivohalvaus- ja selkäydinvammaisilla potilailla, jotka käyttävät pukua kävellessään juoksumatolla.

Vuoden 2015 tienoilla puvut löysivät tiensä teollisiin sovelluksiin.

Ekso Bionics esimerkiksi ilmoitti Ekso Works Industrial Exoskeleton -teollisuusluurangon laajentamisesta rakennusteollisuuteen ja muillekin teollisuudenaloille. Puvun avulla käyttäjä pystyy Ekson mukaan nostamaan sähkötyökaluja ikään kuin ne eivät painaisi yhtään mitään.

Image Credit: EksoBionics

Varmista, että rakennustyömaasi on mahdollisimman turvallinen.

Lataa 10 vinkkiä turvallisempaan rakennustyömaahan jo tänään!

Exoskeletonit voivat olla joko passiivisia – eli niissä ei käytetä toimilaitteita, moottoreita tai paristoja, jotka auttavat nostamisessa tai vetämisessä – tai aktiivisia, joissa käytetään toimilaitteita auttamaan näissä toiminnoissa.

Tyypillisesti rakennus- ja valmistusteollisuudessa käytettävät passiiviset järjestelmät ovat suosittuja, koska nämä puvut ovat edullisempia eikä toimilaitteita tarvita keventämään exoskeleton-käyttäjän hyötykuormaa tai kehonpainoa.

Tässä Ekso Works Industrial Exoskeletonissa on esimerkiksi tehoton runko, eli se on passiivinen puku ilman toimilaitteita tai moottoreita. Sitä voi Ekson mukaan käyttää koko päivän.

”Toisin kuin aiemmin rakennettuja eksoskelettejä, joita pystyi käyttämään vain rajoitetun ajan akun keston vuoksi, tämä voi olla käänteentekevä”, Ekso sanoo.

Vähäisemmät vammat

Rakentamisessa, teollisuudessa, maataloudessa ja muilla robottirakenteita käyttöön ottavilla teollisuudenaloilla eksopuvut lisäävät ihmisen liikettä, mikä mahdollistaa suuremman nostovoiman ja paremman tuotannon toistuvissa työtehtävissä, kuten kyykistymisessä, kumartumisessa tai kävelemisessä, Kara sanoo.

Eksopukuja käyttäville tulee myös vähemmän vakavia vammoja tapaturmien tai ylikuormittumisen vuoksi. Työntekijöiden ylirasitus maksaa yhdysvaltalaisille työnantajille vuosittain noin 15 miljardia dollaria korvauksina, Kara lisää.

Katsokaa tätä opasta saadaksenne lisätietoja.

Ja rakennustyöläiset keräävät ylirasitusvammoja enemmän kuin oman osuutensa. Itse asiassa heillä on yksi korkeimmista tuki- ja liikuntaelinsairauksien määristä henkeä kohden, Bureau of Labor Statisticsin mukaan. Tämäntyyppiset vammat lyhentävät rakennustyöntekijöiden työvuosien määrää ja voivat jopa aiheuttaa pysyviä vammoja.

Rakennustyöntekijöiden ulkoisten luurankojen tyypit

Viime vuosina kehittäjät ovat keskittyneet pienempiin, erikoistuneempiin ulkoisiin luurankohankkeisiin, jotka kohdistuvat tiettyyn ruumiinosaan, vaikka kokovartalopukuja on myös käytössä.

Tässä mielessä nykyiset eksoskeletit jakautuvat erilaisiin luokkiin.

• Asennettu käsivarsi-eksoskeletti

Työkalua pitelevät eksoskeletit koostuvat jousikuormitetusta käsivarresta, jonka toisessa päässä on raskas työkalu ja joka on yhdistetty alavartalon eksoskelettiin ja vastapainoon. Työkalun paino siirtyy maahan. Nämä ulkoiset luurangot ovat yleensä passiivisia, ja joskus niissä on vain yksi nivel, joka riittää painon tukemiseen.

Esimerkkeinä mainittakoon Ekso Bionicsin EksoZeoG. Asennettua käsivarsi-exoskelettiä ei käytetä vartalossa, vaan työntekijät ohjaavat käsivartta asettamalla kätensä sen päähän. Eksoluuranko auttaa työntekijöitä käyttämään raskaita käsityökaluja nopeasti, jotta he voivat Ekson mukaan suorittaa työt nopeammin, väsymättömämmin ja paremmalla ammattitaidolla.

• selkätukea tarjoava eksoluuranko

Kuvahyväksyntä: EksoBionics

Selkätukea tarjoava eksoluuranko auttaa työntekijöitä, kun he kumartuvat suorittaessaan nostoa, ja taasen varmistavat, että nostavat oikealla tavalla. Ne vähentävät selkälihasten kuormitusta kumartuessa ja vähentävät toistuvan rasituksen aiheuttamia vammoja. Ne varmistavat myös, että käyttäjät säilyttävät oikean asennon kumartuessaan, mikä vähentää lihasvammoja.

• Arm Support Limb

Image Credit: EksoBionics

Jotkut puvut ovat pelkkiä käsivarsia, jotka auttavat työntekijöitä nostamaan raskaita työvälineitä, kun taas täyteläisemmät eksoskeletit, tarjoavat olkapää- tai käsivarretukea. EksoWorks-liivi on olkapäätä ja käsivarsia tukeva eksoskeletti, jossa on pääntuki, joka on suunniteltu helpottamaan rasitusta, joka aiheutuu jatkuvasta työskentelystä raskaiden työkalujen kanssa vyötärön tason yläpuolella. Se ei käytä sähköä, mutta tarjoaa ergonomista ylävartalon ja käsivarsien tukea, jonka ansiosta esineet tuntuvat painavan paljon vähemmän kuin ne painavat, ja pukuvalmistajien mukaan työntekijä voi työskennellä tehdaslinja-asennossa ilman väsymystä.

• Kyykistymisen ja seisomisen tuki

Tuolittomat tuolit ovat kevyitä, kannettavia eksoluurankoja, jotka lukkiutuvat paikoilleen ja tukevat käyttäjiä, kun he kyykistyvät tai seisaavat samassa asennossa pitkiä aikoja. Niitä kutsutaan tuolituoleiksi, koska ne voivat tukea käyttäjiä samalla tavalla kuin tuolit. Myös ne vähentävät toistuvan rasituksen aiheuttamia vammoja ja lihasvammoja.

Esimerkkeinä mainittakoon sveitsiläisen Noonee-yrityksen Chairless Chair, joka lukittuu paikalleen, kun työntekijä joutuu kyyristelemään tai seisomaan pitkiä aikoja. Se vähentää polveen ja muuhun jalkaan kohdistuvaa painetta, Noonee sanoo.

• Kokovartalopuvut

Kuvan luotto: EksoBionics

Kokovartalopuvut tarjoavat tukea ja lisävoimaa.

Kun työntekijät, joilla on SuitX:n exoskeleton, esimerkiksi kumartuvat eteenpäin, puvun takaosassa olevat paineilmajouset ottavat osan nostokuormasta pois käyttäjältä. Olkapääyksikkö käyttää samanlaista avustusmekanismia nostettaessa tai työskenneltäessä yläpuolella, sanoo Homayoon Kazerooni, Kalifornian Berkeleyssä sijaitsevan SuitX:n toimitusjohtaja. SuitX valmistaa exoskeleton-järjestelmiä jalkoihin, selkään ja olkapäihin sekä kokovartaloversiota.

Varhaisvaiheen testejä

Koska exoskeletonit ovat suhteellisen uusia rakennus- ja valmistusteollisuudessa, rakennuttajat odottavat, miten ne pärjäävät niitä testaavissa tuotantolaitoksissa. Näillä kahdella teollisuudenalalla on paljon päällekkäisyyttä, kun on kyse seisomisesta, kyykistelystä, raskaiden esineiden nostamisesta ja siirtämisestä sekä toistuvista liikkeistä.

Yksitoista alavartalon exoskeletonia on jo käytössä myös useissa BMW Groupin autoteollisuuden tuotantolaitoksissa Saksassa. Exoskeleton koostuu liikuteltavista lastoista, jotka on kiinnitetty jalkoihin tai vartaloon ja lukittu eri asentoihin. Jalkojen tukirakenne voi muuttaa pitkäkestoisen seisomisen istumiseksi, mikä parantaa työolosuhteiden mukavuutta ja joustavuutta, sanoo Christian Dunckern, BMW Groupin tuotantojärjestelmän, suunnittelun, työkalujen valmistuksen ja tehdastekniikan johtaja.

Saksalainen autonvalmistaja Audi käyttää myös Chairless Chair -tuolia tuotantotiloissa, joskin Audi AG:n teollisuusteknisten menetelmien päällikkö Mathias Keil sanoo, etteivät eksoluurangot ole vielä olleet käytössä tarpeeksi kauan tulosten arvioimiseksi. Audi odottaa myös, että robottipukuja tulevat käyttämään myöhemmässä vaiheessa liikuntarajoitteiset työntekijät, vaikka he eivät työskentelisikään suoraan kokoonpanolinjalla, hän lisää.

Puvut tehtävään

Jotkut rakennusyritykset tekevät tiivistä yhteistyötä eksopukujen kehittäjien kanssa varmistaakseen, että puvut vastaavat niiden tarpeita.

Marraskuussa esimerkiksi hongkongilaisrakennusyritys Gammon ilmoitti hankkineensa 10 Assist Suit Exoskeletonia. Gammon suorittaa puvun kokeiluja rakennustyömaallaan kehittäjien, Panasonicin tytäryhtiön Atoun Inc:n ja Shun Hing Systems Integration Co. Ltd. Rakennusyhtiö antaa palautetta kehittäjille tarkoituksenaan auttaa parantamaan entisestään rakentamisen turvallisuutta, tehokkuutta ja tuottavuutta.

Kara väittää, että kasvava rakennusteollisuus tulee ottamaan tämäntyyppisiä exoskeletoneja käyttöön entistä enemmän. Teknologian viimeaikaiset edistysaskeleet auttavat tekemään rakennustyömaasta turvallisemman ja tehokkaamman paikan.