Classificazione degli esoscheletri industriali

Abbiamo parlato in passato di esoscheletri, ovvero quei dispositivi indossabili che supportano il corpo umano, anche se in ottica piuttosto ristretta, portando due esempi di esoscheletro passivo pensati per il supporto della zona lombare. L’universo degli esoscheletri a uso industriale, però, non si limita a questo distretto corporeo. In questo articolo daremo una panoramica sulla classificazione degli esoscheletri e le principali indicazioni di utilizzo.

Corpo intero e articolazioni

La prima classificazione riguarda la parte del corpo supportata. Esistono esoscheletri “completi”, pensati quindi per coinvolgere tutto il corpo, ed esoscheletri ad uso più specifico:

• Arti superiori: gran parte degli esoscheletri di questa categoria è pensata per supportare la spalla, comune sede di disturbi muscoloscheletrici correlati alle attività lavorative, ma esistono anche device a supporto di gomito, polso, e per le singole dita.
• Tronco: principalmente progettati per il supporto del tratto lombare, questi esoscheletri vengono principalmente usati per operatori impegnati nella movimentazione manuale dei carichi, o che devono mantenere per molto tempo posture in flessione del tronco (si pensi ad esempio agli operatori nell’automotive, che devono lavorare dentro l’abitacolo del mezzo).
• Arti inferiori: esoscheletri che vanno a supportare le articolazioni di anca, ginocchio, e/o caviglia, usati in un contesto industriale da operatori che devono percorrere lunghe distanze, scale, o lavorare per molto tempo in posizione accovacciata.

Esoscheletro alimentato o meccanico

Possiamo quindi fare una classificazione funzionale in base al “motore” dell’esoscheletro. È alimentato da una batteria (o, più raramente, tramite cavo elettrico), o utilizza sistemi passivi di assorbimento, rilascio e ridistribuzione dell’energia? 

Nel primo caso si parla di esoscheletri alimentati, motorizzati o, più semplicemente, attivi.

Questo tipo di strumento garantisce generalmente un maggior livello di supporto, avendo una fonte esterna in grado di generare forza. Inoltre, alcuni modelli di esoscheletro attivo sono arricchiti da sistemi di intelligenza artificiale in grado di riconoscere i pattern di movimento e la gestualità umana e modulare di conseguenza il supporto fornito, ottimizzandolo nel tempo. In questo modo, oltre ad avere un risparmio energetico, si evita che il sistema contrasti con le azioni eseguite dall’operatore.

Il principale svantaggio è, ovviamente l’autonomia dell’alimentazione, oltre a un aumentato rischio elettrico. Questi sistemi tendono anche a essere fisicamente più ingombranti.

Gli esoscheletri meccanici, invece, non necessitano di una fonte esterna di energia, e possono funzionare tramite diversi principi:

• Assorbimento e rilascio di energia: il principale meccanismo di funzionamento è un sistema elastico disegnato per accumulare energia in una fase del movimento e rilasciarla in un secondo momento. L’esempio più semplice è proprio quello degli esoscheletri per il supporto lombare, in cui la componente elastica entra in tensione e immagazzina energia quando l’utilizzatore si piega in avanti (a favore di gravità), e la restituisce quando la persona torna a raddrizzarsi

• Ridistribuzione del carico: altri modelli di esoscheletro permettono di “bypassare” gli anelli più deboli o proni a infortunio del sistema muscoloscheletrico, ridistribuendo il carico su elementi più forti della catena cinetica. Ad esempio, esoscheletri per gli arti superiori agiscono bypassando l’articolazione della spalla quando si lavora con le mani sopra la testa (molto comune, ad esempio, per elettricisti, operai edili, e metalmeccanici).
• Ammortizzanti: esoscheletri che agiscono riducendo gli urti e il carico sulle articolazioni durante la fase eccentrica dei movimenti più pesanti.
• A incastro: Il più famoso è sicuramente l’esoscheletro cosiddetto “sedia portatile”, fissato dietro agli arti inferiori, che lascia l’utilizzatore libero di muoversi ma può essere bloccato in posizione piegata, fungendo, appunto, da sedia indossabile, per lavori prolungati da svolgersi in posizione accovacciata. 

Esistono anche soluzioni ibride, ad esempio a funzionamento meccanico ma dotati di sensori che regolano autonomamente il grado di supporto del sistema.

 Esistono poi molti altri modi per classificare questi versatili device: 

• Esoscheletri rigidi, costruiti con materiali metallici, fibra di carbonio, o plastiche rigide, o flessibili (costruiti cioé in materiali come tessuti tecnici), detti anche exosuit.
• Ancorati, supportati, o mobili: nei primi due casi si parla di dispositivi che, per fornire un maggior supporto, o per necessità di alimentazione, sono fissati a un supporto esterno, un binario, o sono parte di un macchinario più grande. Gli esoscheletri mobili sono invece i dispositivi indossabili che si stanno diffondendo sempre più.
• Interfaccia: controllati via joystick, pannelli, da sensori o senza necessità di controllo esterno.

Infine, anche se in questo articolo ci siamo concentrati sulla classificazione degli esoscheletri a uso industriale, esistono ovviamente numerose altre applicazioni, su tutte l’utilizzo medico degli esoscheletri destinati alla riabilitazione o ad ausilio delle persone con disabilità.

Il settore delle tecnologie indossabili si sta espandendo a gran velocità, e porta con sé promesse di ridurre la gravosità di molti lavori manuali, agendo contemporaneamente sul rischio di sviluppare disturbi muscoloscheletrici.