שלד חיצוני לעבודה בטוחה

עבודה הכרוכה בהרמה פיזית של עצמים כבדים עלולה להביא להפרעת שריר-שלד MSD, שהיא גורם לאובדן ימי עבודה של עובדים, תביעות פיצויים ולעיתים אף פרישה מוקדמת. כ-33% מהפציעות קשורים ל-MSD שנגרם בגלל עבודה גופנית קשה מדי.

בשנת 2013 אבדו 60 מיליון ימי עבודה בגלל פציעות שנגרמו במקום העבודה. כ-33% מכל הפציעות המדווחות היו קשורות לגב. פציעות במקום העבודה גרמו לאובדן כספי של 50 מיליארד דולר בשנה. העלות הישירה של פציעות MSD היא 20 מיליארד דולר בשנה, אך העלות הכוללת מוערכת בין 45 ל-54 מיליארד דולר בשנה בעבור מציאה ואימון של עובדים חליפיים.

על אף תהליך האוטומציה שעובר על התעשייה כולה ועל תחום הלוגיסטיקה, ישנן משימות שמחייבות גמישות, תפיסה חושית ושיקול דעת של עובד אנושי. אקסוסקלטונים, כלומר שלדים חיצוניים, פותחו כדי להקל את העומס המופעל על גופם של עובדים בעבודות פיזיות.

חטיבת פיקסו (Paexo) של אוטובוק (Ottobock) פיתחה מגוון סוגים של אקסוסקלטונים למגוון משימות. בסדרת האקסוסקלטונים שלה יש שלד חיצוני לגב, לגב התחתון, לכתפיים, לצוואר, למפרקי היד ואפילו לאגודל. כל שלד חיצוני כזה נועד לסייע בביצוע מטלות מסוימות.

לפי המכון הלאומי לבטיחות בעבודה NIOSH, יש לוודא כי הרמת חפצים נעשית בתנוחות אנכיות או מאוזנות מסוימות. ככל שהמשקל רב יותר, כך על החפץ להיות קרוב יותר לגוף בשעה שמרימים אותו. ככל שזווית הכיפוף של עמוד השדרה גדלה, כך צריך פחות משקל.

עזר כנגדו

פיקסו גב הוא מערכת תמיכה לבישה. היא פותחה בעזרת מומחים ומשתמשים בעבור עבודה במחסנים ובמרכזי הפצה. פיקסו גב קוצר אנרגיה מתנועה קינמטית ומכוח הכבידה. קצירת האנרגיה מתאפשרת הודות לכיפוף. הכוח מוסט לרגליים דרך מוטות האקסוסקלטון. העיצוב הביו-מכני של השלד מפחית את העומס על הגב התחתון ועמוד השדרה.

בפיתוח השלד נעשה שימוש בדגם תלת-ממדי של גוף אדם שהוזן בנתונים קינמטיים שנאספו ונרשמו על ידי חיישנים אופטיים. בניסוי הושוו הרמת חפצים עם השלד החיצוני אל מול הרמת חפצים בלעדיו, עם דגש בחוליות שבין כלוב הצלעות לאגן, ששמן הרפואי הוא L5/S1 ו-L4/L5.

האקסוסקלטון של פיקסו נבדק על ידי צוות חוקרים אקדמי ותוצאות הבדיקה פורסמו בכתב עת אקדמי שעוסק בהנדסה ביו-מכנית. ראשית נקבעו קריטריונים לבדיקה:

1. האם האקסוסקלטון מפחית עומס על מפרקים וגפיים רלוונטיים?
2. האם הוא לא מייצר עומס חדש במקומות אחרים?
3. האם הוא מפחית את העומס הכללי, הגופני והקוגניטיבי, על העובד?
4. האם אינו מפחית את רמת הביצוע של העובד?
5. האם הוא מייצר שינויים בתנועה של העובד אשר עלולות להיות להם השלכות בטווח הארוך?
6. האם בשורה התחתונה שימוש באקסוסקלטון משפר את ההרגשה של העובד, מנטלית וגופנית?

אקסוסקלטון פיקסו שפיתחה חברת אוטובוק בשיתוף פעולה עם פולקסווגן הוא פסיבי, קל משקל (1.8 קילוגרם) ומקל את העומס בידיים באמצעות העברת המשקל לחגורת המותניים דרך אקטואטור פסיבי.

בניסוי מעבדה ביצעו תריסר סטודנטים בריאים פעולה של הרמת חפץ מעל הראש עם לבישת אקסוסקלטון ובלעדיה. מצבם הגופני והפיזיולוגי של משתתפי הניסוי נוטר באמצעות מערכת ניטור תנועת גוף Xsens Awinda, לוח ריאקציה קרקעית של קיסטלר (Kistler), חיישני EMG (רשמת שריר חשמלית) על שרירי הכתפיים והגב, חיישני צריכת חמצן ודופק לב. חיישן תנועה אופטי רשם את הזמן עד להשלמת המשימה, והעומס הפיזי שהתקבל הוערך באמצעות אינדקס העומס של נאס"א.

ניסוי בשטח נבחן האקסוסקלטון גם בקרב עובדי מפעל מכוניות. ארבעה עובדים לבשו את השלד עשרים ימי עבודה רצופים. מידע נאסף במשך 15 הדקות הראשונות ו-15 הדקות האחרונות של המשמרת, במשך שבוע אחד לפני תחילת השימוש בפיקסו ובמשך השבועות הראשון והאחרון בזמן השימוש בפיקסו. תנועת העובדים הוקלטה באמצעות מצלמות רגילות, ותנוחת הגוף נבחנה באמצעות עיבוד תמונה. דופק הלב נמדד גם הוא במהלך המשמרת, ובסופה השיבו העובדים על שאלון שנועד לברר את מידת קבלת הטכנולוגיה.

ניתוח הנתונים שעלו בניסוי המעבדה העלה, כי חל שינוי ניכר במדדים בהשוואה בין פעילות גופנית עם אקסוסקלטון לפעילות גופנית בלעדיו: מאמץ שריר הדלתא הקדמי פחת ב-55%, צריכת החמצן פחתה ב-33% והדופק ירד ב-19%. ממצאים אלה מלמדים על יעילות האקסוסקלטון בהפחתת העומס הגופני. מנגד, לא חל שינוי ברמת הביצוע של המשימה ולא בהפעלת שרירי הגב, כלומר לא נרשמו תופעות לוואי לשימוש באקסוסקלטון.

לפי האינדקס של נאס"א, ניכר שהעובדים הרגישו בשינוי שהראו הממצאים האובייקטיביים. אמנם נצפה שינוי בתנועת הזרוע כאשר משתמשים בפיקסו, אך נראה שהשינוי מתרחש מתוך בחירה של העובדים ואינו נכפה עליהם על ידי השלד. למעשה, המשתתפים העידו שלא הרגישו שהאקסוסקלטון מגביל את תנועתם, וציון הקבלה של הטכנולוגיה היה גבוה. רוב הנבדקים טענו שיעדיפו ללבוש אותו שוב בזמן העבודה.

המסקנה של בדיקת המעבדה היא שהאקסוסקלטון של פיקסו הוא פתרון מבטיח לצמצום פגיעה בכתפיים בקרב עובדים שמרימים חפצים מעל הראש. נתונים שנאספו במהלך בדיקת השטח נמצאים בשלבי עיבוד בזמן כתיבת שורות אלו.

המחקר נעשה בתמיכת H2020 תוכנית למחקר וחדשנות של האיחוד האירופי.

 P. Maurice, J. Čamernik, D. Gorjan, B. Schirrmeister, J. Bornmann, L. Tagliapietra, C. Latella, D. Pucci, L. Fritzsche, S. Ivaldi & J. Babič (2019) Evaluation of PAEXO, a novel passive exoskeleton for overhead work, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering, 22:sup1, S448-S450, DOI: 10.1080/10255842.2020.1714977