Gli esoscheletri, o esoscheletri utilizzati nel settore delle costruzioni sono maturi per la crescita, dice Dan Kara, che fino a dicembre ha guidato la ricerca incentrata sulla robotica presso ABI Research, una società di ricerca tecnologica.

ABI Research prevede che il solo mercato dell’esoscheletro robotico raggiungerà 1,8 miliardi di dollari nel 2025, dai 68 milioni di dollari del 2014. Quest’anno, circa 6.000 tute saranno vendute, principalmente per la riabilitazione. Entro il 2025, ABI si aspetta di vedere circa 2,6 milioni sul mercato.

Mentre un certo numero di aziende fanno tute esoscheletro per la costruzione e la produzione, hanno fatto progressi limitati finora nel campo della costruzione e poche, se non nessuna, aziende di costruzione li hanno adottati. Nel frattempo, i costruttori possono tenere d’occhio i produttori che stanno dando alle tute robotiche un giro di prova per determinare come possono essere utilizzate nell’industria delle costruzioni.

Le esoteche sono strutture metalliche dotate di muscoli motorizzati per moltiplicare la forza di chi le indossa. Chiamati anche esoscheletri, la struttura metallica delle tute robotiche rispecchia in qualche modo la struttura scheletrica interna di chi le indossa.

La tuta fa sentire gli oggetti sollevati molto più leggeri, e a volte anche senza peso, riducendo le lesioni e migliorando la conformità.

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E l’industria delle costruzioni prenderà a questi esoscheletri robotici indossabili alimentati o non alimentati in gran numero, almeno secondo un’analisi.

Una ragione per cui le tute robotiche sono mature per essere adottate dai costruttori è il loro prezzo in calo, dice Kara. Per fare un esempio, due tipi di tute, la Chairless Chair e l’EksoWorks Vest, vendono per circa 5.000 dollari ciascuno, molto meno del tipo di tute per tutto il corpo che aiutano coloro che sono paralizzati a camminare.

Dal progetto militare degli Stati Uniti alla sanità e oltre

Prima sviluppato dai militari, gli esoscheletri hanno fatto il passaggio dalla sanità alle industrie manifatturiere e agricole, dove i dipendenti portano e trasferiscono anche carichi pesanti e si muovono in modo ripetitivo. Nel settore sanitario, le tute aiutano le vittime di ictus a riacquistare la forza degli arti o addirittura aiutano coloro che sono paralizzati a camminare o ad usare le braccia.

Intorno al 1965, la General Electric ha iniziato a sviluppare l’Hardiman, un grande esoscheletro a corpo intero progettato per aumentare la forza degli utenti di un fattore 25 per aiutarli a sollevare oggetti pesanti. Il progetto, sponsorizzato dall’esercito e dalla marina statunitensi, cercava una macchina che potesse aiutare a spostare carichi o attrezzature. L’esoscheletro pesava 1.500 libbre ed era composto da due tute, una attaccata all’operatore e una esterna che trasportava gli oggetti.

Il pesante peso della macchina, così come i problemi nel metterla e toglierla, causarono uno stallo nello sviluppo dell’esoscheletro per un po’.

Ma intorno al 2000, le tute robotiche con esoscheletro divennero sempre più accessibili agli utenti nel settore sanitario. Una delle prime applicazioni, Lokomat, è usata per la riabilitazione dell’andatura in pazienti con ictus e lesioni del midollo spinale, che indossano la tuta mentre camminano su un tapis roulant.

Intorno al 2015, le tute si sono fatte strada nelle applicazioni industriali.

Per esempio, Ekso Bionics ha annunciato un’espansione nel settore delle costruzioni e in altri settori con l’esoscheletro industriale Ekso Works. La tuta permette all’utente di essere in grado di sollevare utensili elettrici come se non pesassero affatto, secondo Ekso.

Image Credit: EksoBionics

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Gli esoscheletri possono essere passivi – cioè senza l’uso di attuatori, motori o batterie per aiutare a sollevare o trasportare – o attivi, che usano attuatori per aiutare in queste attività.

Tipicamente per l’uso nelle industrie di costruzione e produzione, i sistemi passivi sono popolari, poiché queste tute sono meno costose e gli attuatori non sono necessari per alleviare l’utente dell’esoscheletro di un carico utile o del peso corporeo.

Questo esoscheletro industriale Ekso Works, per esempio, ha un telaio non alimentato, il che significa che è una tuta passiva senza attuatori o motori. Può essere usato tutto il giorno, secondo Ekso.

“A differenza degli esoscheletri costruiti in precedenza che potevano essere utilizzati solo per quantità limitate di tempo a causa della durata della batteria, questo potrebbe essere un cambio di gioco”, dice Ekso.

Meno infortuni

Nella costruzione, produzione, agricoltura e altre industrie che stanno adottando le strutture robotiche, le exo-tute aumentano il movimento umano per consentire una maggiore forza di sollevamento e per migliorare la produzione su compiti ripetitivi come accovacciarsi, piegarsi o camminare, dice Kara.

Chi indossa le exo-tute sarà anche meno incline a gravi lesioni da incidenti o lavoro eccessivo. Il sovraffaticamento dei lavoratori costa ai datori di lavoro statunitensi circa 15 miliardi di dollari all’anno in compensazione, aggiunge Kara.

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E gli operai edili accumulano più della loro giusta quota di lesioni da sovraffaticamento. Infatti, hanno alcuni dei più alti tassi di disturbi muscoloscheletrici pro capite, secondo il Bureau of Labor Statistics. Questo tipo di lesioni riduce il numero di anni in cui i lavoratori edili possono fare il loro lavoro e può anche causare lesioni permanenti.

Tipi di esoscheletri per lavoratori edili

Negli ultimi anni, gli sviluppatori si sono concentrati su progetti di esoscheletri più piccoli e specializzati che mirano a una particolare parte del corpo, anche se sono in uso anche tute per tutto il corpo.

Con questo in mente, gli esoscheletri di oggi rientrano in varie categorie.

• L’esoscheletro a braccio montato

Gli esoscheletri portautensili sono composti da un braccio caricato a molla che tiene un attrezzo pesante su un’estremità ed è collegato a un esoscheletro inferiore del corpo e un contrappeso. Il peso dell’utensile viene trasmesso al suolo. Questi esoscheletri sono di solito passivi e a volte contengono solo un giunto, che è sufficiente per fornire il supporto del peso.

Esempi qui includono l’EksoZeoG, della Ekso Bionics. L’esoscheletro a braccio montato non è indossato sul corpo, ma piuttosto i lavoratori controllano il braccio mettendo la loro mano alla sua estremità. L’esoscheletro aiuta i lavoratori a utilizzare rapidamente gli utensili manuali pesanti in modo che possano completare i lavori più velocemente, con meno fatica e una migliore lavorazione, secondo Ekso.

• Esoscheletro di supporto alla schiena

Image Credit: EksoBionics

Gli esoscheletri che offrono supporto alla schiena aiutano i lavoratori quando si piegano per eseguire un sollevamento e, di nuovo, garantiscono che stanno sollevando nel modo giusto. Riducono il carico sui muscoli della schiena mentre si piegano e riducono le lesioni da stress ripetitivo. Assicurano anche che gli utenti mantengano una postura corretta mentre si piegano per ridurre le lesioni muscolari.

• Arm Support Limb

Image Credit: EksoBionics

Alcune tute sono semplici braccia che aiutano i lavoratori a sollevare strumenti pesanti, mentre esoscheletri più completi, offrono supporto alle spalle o alle braccia. L’EksoWorks Vest è un esoscheletro di supporto per spalle e braccia con un poggiatesta progettato per alleviare lo sforzo di lavorare continuamente con strumenti pesanti sopra il livello della vita. Non usa energia, ma fornisce un supporto ergonomico per la parte superiore del corpo e per le braccia che fa sembrare che gli oggetti pesino molto meno di quanto pesino, e permette a un lavoratore di operare in una postura da linea di fabbrica senza affaticamento, secondo i creatori della tuta.

• Supporto in piedi e accovacciato

Le sedie senza sedia sono esoscheletri leggeri indossati che si bloccano in posizione e sostengono gli utenti mentre si accovacciano o stanno nella stessa posizione per lunghi periodi di tempo. Sono chiamate sedie senza sedia perché possono sostenere gli utenti nello stesso modo delle sedie. Anch’esse riducono lo stress ripetitivo e le lesioni muscolari.

Questi esempi includono la Chairless Chair della società svizzera Noonee, che si blocca in posizione quando un lavoratore deve accovacciarsi o stare in piedi per periodi prolungati. Riduce la pressione sul ginocchio e sul resto della gamba, dice Noonee.

• Tute integrali

Image Credit: EksoBionics

Tute integrali alimentate forniscono supporto e forza extra.

Quando i lavoratori che indossano un esoscheletro di SuitX si piegano in avanti, per esempio, le molle ad aria compressa nella parte posteriore della tuta tolgono parte del carico di sollevamento a chi la indossa. Un’unità per le spalle usa un simile meccanismo di assistenza per sollevare o lavorare in alto, dice Homayoon Kazerooni, amministratore delegato di SuitX di Berkeley, in California, che produce sistemi di esoscheletro per le gambe, la schiena e le spalle, nonché una versione per tutto il corpo.

Test preliminari

Perché gli esoscheletri sono relativamente nuovi per l’industria delle costruzioni e della produzione, i costruttori stanno cercando di vedere come se la cavano nelle fabbriche che li stanno testando. Le due industrie hanno una grande sovrapposizione quando si tratta di stare in piedi, accovacciarsi, sollevare e spostare oggetti pesanti, e fare movimenti ripetitivi.

Gli esoscheletri per la parte inferiore del corpo sono già in uso in diversi stabilimenti di produzione automobilistica del BMW Group in Germania. L’esoscheletro consiste in stecche mobili fissate alle gambe o al torso e bloccate in diverse posizioni. La struttura di supporto delle gambe può trasformare la prolungata posizione in piedi in seduta per migliorare il comfort e la flessibilità delle condizioni di lavoro, dice Christian Dunckern, responsabile del sistema di produzione, pianificazione, costruzione di utensili e ingegneria degli impianti del BMW Group.

Anche la casa automobilistica tedesca Audi sta usando la Chairless Chair sul piano di produzione, anche se Mathias Keil, responsabile dei metodi di ingegneria industriale presso Audi AG dice che gli esoscheletri non sono stati in uso abbastanza a lungo per valutare i risultati. Audi si aspetta anche che le tute robotizzate saranno utilizzate a valle dai lavoratori con disabilità fisiche anche se non lavorano direttamente alla catena di montaggio, aggiunge.

Tute il compito

Alcune aziende edili stanno lavorando a stretto contatto con gli sviluppatori di esoscheletri per garantire che le tute soddisfino le loro esigenze.

Ad esempio, a novembre, Gammon, una società di costruzioni di Hong Kong, ha annunciato di aver acquistato 10 Assist Suit Exoskeletons. Gammon condurrà prove della tuta nel suo cantiere per gli sviluppatori, la filiale Panasonic Atoun Inc. e Shun Hing Systems Integration Co. Ltd. La società di costruzioni darà un feedback agli sviluppatori con l’intento di contribuire a migliorare ulteriormente la sicurezza, l’efficienza e la produttività delle costruzioni.

Kara sostiene che il crescente settore delle costruzioni adotterà questi tipi di esoscheletri in numero maggiore. I recenti progressi nella tecnologia contribuiranno a rendere il cantiere un luogo più sicuro e più efficiente.