Los exoesqueletos

El exoesqueleto MATE de Comau es una tecnología pasiva basada en un sistema de resortes, apalancamiento y la cadena cinemática de hombro que redistribuye el peso del brazo hacia la espalda y almacena energía en los resortes. No necesita batería, y los actuadores reproducen la estructura biomédica del hombro.

De acuerdo con la Occupational Safety and Health Administration (OSHA) de Estados Unidos, las afecciones musculoesqueléticas (MSD, por sus siglas en inglés) afectan músculos, nervios, vasos sanguíneos, ligamentos y tendones. Los trabajadores de diversas ramas de la industria y ocupaciones pueden estar expuestos a factores de riesgo en el trabajo, como por ejemplo levantar objetos pesados, doblarse, estirarse, empujar y jalar cargas pesadas, trabajar en posturas incómodas y hacer las mismas tareas o tareas similares de manera repetitiva. La exposición a estos factores de riesgo conocidos para las afectaciones musculoesqueléticas (MSD) aumenta el riesgo de lesiones de un trabajador.

Con el tiempo, los trabajadores de la industria pueden verse afectados o incapacitados por tensiones por movimiento repetitivo, por llevar cargas pesadas y por trabajar en posiciones difíciles. Este trabajo puede provocar lesiones graves que requieren rehabilitación prolongada o atención especializada.

Las afecciones musculoesqueléticas relacionadas con el trabajo están entre las causas de pérdida o reducción del tiempo trabajo reportadas con más frecuencia.

De acuerdo con la Bureau of Labor Statistics (BLS) de Estados Unidos, las afecciones musculoesqueléticas representaron el 33 por ciento de todos los casos de lesiones y enfermedades de los trabajadores en 2013. Algunos ejemplos son:

• Síndrome del túnel carpiano
• Tendinitis
• Lesiones del manguito rotador (afecta
• al hombro)
• Epicondilitis (afecta al codo)
• Dedo en gatillo
• Tensión muscular y lesiones de la espalda baja

La relación del peso con el movimiento repetitivo es especialmente problemática debido a que el peso exacerba la tensión y por ende la gravedad de la lesión.

Muchos fabricantes de metal reconocen que reducir la tensión y el esfuerzo de las tareas de movimiento repetitivo no sólo reduce las lesiones y los costos asociados con las mismas, sino que además mejora la ejecución de la tarea. Muchos dispositivos ergonómicos han evitado las lesiones musculoesqueléticas y han mejorado el desempeño de los trabajadores.

Los auxiliares de levantamiento magnético se están volviendo cada vez más comunes en los ambientes de trabajo industriales. Usados para levantar herramientas y partes, pueden ayudar a convertir una tarea pesada en una tarea ligera o incluso en una sin peso alguno.

Brazos articulados como brazos de rectificado de dados, brazos de taladrado y brazos de machuelado le quitan el peso de la herramienta a la ecuación de la tarea, y ayudan al fabricante de dados, al soldador o al técnico a controlar el movimiento de taladrado, machuelado o rectificado. Mejoran la exactitud y aceleran la operación en el proceso, debido a que los trabajadores pueden concentrarse en la tarea en cuestión y no en levantar la herramienta.

Las mesas de levantamiento hidráulico, posicionadores de tarima e inclinadores de contenedor permiten a los trabajadores po-ner la pieza de trabajo a la altura más cómoda y adecuada para un acceso fácil libre de tensión, eliminando movimientos innecesarios para doblarse, alcanzar algo y estirarse en aplicaciones de alimentación de máquinas.

Los posicionadores de soldadura voltean piezas de trabajo grandes para que el ope-

ONYX de Lockheed Martin es un pode-roso exoesqueleto para la parte inferior del cuerpo con inteligencia artificial que aumenta la fortaleza y la resistencia humana. La estructura está diseñada para soportar y aumentar la capacidad de las piernas para tareas físicamente demandantes que requieren levantar o arrastrar cargas pesadas, sostener herramientas o equipo, arrodillarse o acuclillarse de manera repetitiva o continua, arrastrarse y caminar largas distancias.

rador pueda estar en una posición óptima para trabajar y evitar posiciones difíciles e incómodas que implican mayor tensión en partes vulnerables del cuerpo.

Uno de los productos más nuevos para ampliar el concepto de auxiliares para peso es el equipo de protección personal (PPE) que se lleva puesto como una prenda.

Los exoesqueletos son lo último en dispositivos ergonómicos ideados para reducir la fatiga y las lesiones de los trabajadores expuestos a movimiento repetitivo y carga excesiva. Éstos son prendas tecnológicas parecidas a algo entre una mochila, un soporte atlético y un objeto salido de la ciencia ficción.

Algunos han sido desarrollados específicamente para aplicaciones industriales, mientras que otros han emigrado de otros segmentos como el militar y el médico.

Actualmente se están usando en la industria, especialmente en el segmento automotriz. Hyundai, Toyota, Ford y BMW, por mencionar algunos, los están usando.

Exoesqueleto AIRFRAME™

Levitate Technologies, San Diego, introdujo su AIRFRAME al mercado hace dos años. La prenda tecnológica de peso ligero está diseñada para liberar la tensión y la incomodidad de las articulaciones y músculos de las extremidades superiores para profesionales y trabajadores esspecializados expuestos a elevación repetitiva de brazos, dice la compañía. El exoesqueleto es de bajo perfil, se ajusta al cuerpo y es de peso ligero —5.5 libras (2.5 kilos).

Aplicaciones. “Esto es principalmente para la parte superior del cuerpo—brazos, hombros, cuello—para cuando las personas levantan algo o cuando deben tener las manos elevadas arriba de la altura de los hombros para trabajar debajo de carros o aeroplanos. No se trata de un soporte lumbar para levantar algo del piso”, dijo Joseph Zawaideh, vicepresidente de mercadeo y desarrollo de negocios de Levitate.

“Cuando levanta los brazos arriba del nivel de los hombros, ya sea para soldar, pintar o ensamblar, el peso de sus brazos y el peso de la herramienta que está sosteniendo están forzando los músculos de hombros, cuello y espalda. Cuando lo hace repetitivamente durante todo el día, o incluso durante cuatro horas al día, para todo ser humano eso excederá un umbral definido y causará inflamación de esos grupos de músculos. Usted está usando en exceso su sistema musculoesquelético, y eso puede causar tensión y posibles desgarres.

“Y eso es algo muy malo. Por supuesto, esas lesiones tienen que atenderse con cirugía o terapia física, lo que significa ausentarse del sitio de trabajo”.

Cómo funciona. AIRFRAME ayuda a soportar el peso de la herramienta e incluso los brazos del trabajador. Cuando los brazos están levantados, el mecanismo de soporte entra en acción, y cuando se bajan los brazos, el mecanismo de soporte desaparece. Este soporte ergonómico libera la tensión en hombros, cuello y espalda del profesional especializado.

AIRFRAME de Levitate Technologies ayuda a soportar el peso de la herramienta y hasta de los brazos del trabajador cuando están levantados. Redistribuye la carga del brazo hacia un armazón rígido de aluminio y por la espalda hacia el exterior de las caderas, de manera similar a como trabaja una mochila de acampar. Es pasivo y no requiere electricidad ni software. Foto cortesía de Levitate Technnologies, San Diego.

“¿A dónde va esta carga? Va por debajo del brazo a un armazón rígido de aluminio y por la espalda al exterior de las caderas”, dijo Zawaideh. “Por lo que se parece a una mochila de acampar en el hecho de que la carga va parcialmente sobre los hombros y principalmente sobre el exterior de las caderas, esquivando la espina de quien lo trae puesto. El exterior de sus caderas puede llevar esa carga hacia el centro de su cuerpo. Es como si alguien detrás de usted le estuviera sosteniendo los brazos mientras que usted carga algo enfrente al nivel de sus hombros, sólo tomándolo por el borde”.

AIRFRAME es un dispositivo mecánico. No tiene baterías, ni gases ni software. Comprende un armazón de aluminio, cadenas, poleas y cables. “Es un equipo de protección personal”. Usted se pone sus elementos de seguridad, guantes, y su AIRFRAME”, dijo Zawaideh.

“Se trata de un exoesqueleto miniatura muy elegante de peso ligero, que le permite moverse libremente. No lo hace más fuerte, le ayuda a levantar cosas del suelo. Básicamente, es un auxiliar para personas que trabajan con los brazos elevados todo el día. La ayuda está en el diseño del aparato y no en algún tipo de motor alimentado por electricidad”.

El dispositivo reduce los niveles de esfuerzo hasta en un 80 por ciento, agregó.

Es adecuado como auxiliar para trabajadores grandes de edad, así como un esfuerzo preventivo para los trabajadores más jóvenes.

“Se pone como si fuera una mochila. Así que pasa las correas de sus brazos como una mochila, asegura el cinturón, jala hacia abajo el mecanismo de soporte, y lo pasa debajo de su brazo derecho, y pasa el izquierdo debajo de su brazo izquierdo. Se tarda menos de 10 segundos.

“Imagine tener que cambiar focos”, continuó. “Después de 20 minutos, realmente empieza a sentir dolor. Ahora imagine que alguien se pusiera detrás de usted y le diera un poco de soporte justo debajo de su codo. Es lo que hace este dispositivo”.

Es lo suficientemente ligero para que los trabajadores puedan usarlo todo el día, agregó.

El AIRFRAME tiene 80 clientes globales, que incluyen BMW, Toyota Motor Manufacturing y John Deere.

Exoesqueleto MATE

Comau SpA introdujo su exoesqueleto en Automatica 2018 en Munich (vea la imagen principal).

H-WEX de Hyundai brinda soporte de la parte superior del cuerpo y de las caderas para evitar lesiones de la espalda, en trabajadores que hacen trabajo manual repetitivo o que levantan objetos pesados. El activar la función de ayuda de la cintura permite al exoesqueleto flexionar sus articulaciones hasta a 180 grados por segundo.

MATE technology desea reducir la fatiga y mejorar la calidad del trabajo reproduciendo y mejorando los movimientos fisiológicos de las extremidades superiores, de acuerdo con Andrea Ivaldi, gerente de comerciali-zación de productos de Comau robotics y productos de automatización.

Cómo funciona. El exoesqueleto MATE reproduce la estructura biométrica del hombro. Éste aminora el peso de los brazos redistribuyéndolo ergonómicamente hacia la espalda. Los resortes almacenan la energía potencial del movimiento de flexión y extensión del brazo, y luego reproducen el movi-miento fisiológico del hombro.

“Es una tecnología exoesquelética totalmente pasiva basada en un sistema de resortes, apalancamiento y la cadena cinemática del hombro. No hay necesidad de baterías ni actuadores”, dijo Ivaldi.

“Nuestra hipótesis es que MATE puede reducir las lesiones musculoesqueléticas causadas por movimientos repetitivos de las extremidades superiores, porque el uso del dispositivo reduce el esfuerzo muscular de los músculos de la articulación del hombro hasta en un 30 por ciento”. Recalcó que se trata de una hipótesis que necesita verificarse mediante estudios clínicos a largo plazo.

Aplicaciones. MATE originalmente se diseñó para tareas en la parte baja del vehículo, durante la fase de acabado del ensamble. Sin embargo, también puede ser efectivo para toda tarea que requiera el uso de las extremidades superiores, específicamente para quienes requieren flexión-extensión del hombro, agregó. Otras aplicaciones son taladrado, ensamble de aparatos eléctricos y empacado y desempacado.

Exoesqueleto ONYX™

ONYX de Lockheed Martin, actualmente en desarrollo, usa la tecnología Dermoskeleton™ para contrarrestar la tensión excesiva en espalda baja y piernas. El dispositivo es con el fin de reducir la fatiga muscular, aumentar la resistencia física y reducir la incidencia y el impacto de lesiones de la parte baja del cuer-po, dice la compañía.

Aplicaciones. ONYX soporta y aumenta la capacidad de las piernas para tareas físicamente demandantes que requieren levantar o arrastrar cargas pesadas, sostener herramientas o equipo, arrodillarse o acuclillarse repetitivamente, arrastrarse, caminar distancias largas, caminar con carga, subir o bajar escaleras y llevar cargas en escaleras, de acuer-

do con la compañía. El dispositivo reduce la energía requerida para caminar, acuclillarse o arrodillarse.

El dispositivo está diseñado para brindar fortaleza y resistencia física a los trabajadores, así como a los soldados y socorristas que llevan cargas y llevan a cabo tareas extenuantes en ambientes difíciles.

Cómo funciona. ONYX es un poderoso exoesqueleto para la parte baja del cuerpo, con tecnología de inteligencia artificial (AI) que aumenta la fortaleza y la resistencia física humana. Aplica la tecnología Dermoskeleton propiedad de B-Temia Inc.

Combina estructuras rígidas y flexibles que se ajustan al cuerpo humano. Hay sensores distribuidos en el exoesqueleto que reportan la velocidad, la dirección y el ángulo de movimiento a una computadora integrada que acciona actuadores electromecánicos en las rodillas. El exoesqueleto da el torque co-rrecto en el momento justo para ayudar a la flexión de la rodilla, dice la compañía.

Al reducir el costo metabólico del transporte, puede mejorar la fortaleza y reducir la necesidad de descansos.

Debido a que el dispositivo soporta cargas, aumenta la capacidad de un trabajador de recorrer escaleras y pendientes, especialmente con cargas, y reduce la tensión en los músculos de las piernas.

La estructura esquelética guía la aline-ación ortopédica, lo cual ayuda a distribuir el peso uniformemente y mantiene la aline-ación del sistema óseo para ayudar a evitar lesiones por presión y tensión excesiva.

Este dispositivo que todavía no se encuentra comercialmente disponible, actualmente está en una configuración de prototipo usada para demostración y pruebas.

Lockheed Martin recibió un premio de $6.9 millones del Army Natick Soldier Research, Development and Engineering Center de Estados Unidos, para mejorar el exoesqueleto ONYX para demostraciones militares futuras.

Exoesqueletos H-WEX, H-CEX, H-VEX

El equipo de robótica de Hyundai está desarrollando su propia prenda tecnológica de exoesqueleto robótico. Hyundai introdujo la tecnología en el evento Geneva Motor Show 2017.

El fabricante de autos está desarrollando la tecnología no sólo por cuestiones de movilidad en el área automotriz, como por ejemplo los carros autónomos, sino también para ayudar con el levantamiento pesado en el sitio de trabajo así como para brindar movilidad personal independiente a personas con paraplejia y a los adultos mayores, dice la compañía.

Waist Exoskeleton (H-WEX) brinda soporte de la parte superior del cuerpo y de las caderas para evitar lesiones de espalda de trabajadores que hacen trabajo manual repetitivo o que levantan objetos pesados. Éste fue ideado para brindar seguridad para el sitio de trabajo, ayudando a los trabajadores con el levantamiento pesado y otras actividades extenuantes o repetitivas.

Cómo funciona. El activar la función de ayuda de la cintura habilita al exoesqueleto H-WEX para flexionar sus articulaciones hasta a 180 grados por segundo, con un algoritmo operativo integrado para garantizar la seguridad del usuario. El armazón soporta y protege la espalda baja y los muslos del usuario para un posicionamiento óptimo del cuerpo. Es de peso ligero para asegurar su portabilidad y su facilidad de uso.

Está equipado con un embrague inalámbrico con un sistema de control de mo-vimiento integrado. El dispositivo es alimentado por paquetes de baterías desmontables y recargables. Los armazones de peso ligero son de longitud ajustable. Los dispositivos cambian de forma y se flexionan alrededor de las estructuras de las articulaciones artificiales del armazón robótico para manejar la postura del cuerpo y brindar eficiencia en el modo de andar.

La compañía iniciará pruebas exhaustivas para su robot industrial tipo prenda Vest Exoskeleton (H-VEX). H-VEX está diseñado para aliviar presión en el cuello y la espalda de los trabajadores aumentándoles alrededor de 132 libras (60 kg) de fuerza cuando usan los brazos en posiciones arriba del nivel de los hombros.

Hyundai probó primero el Exoesqueleto Hyundai Chairless (H-CEX) en una fábrica Hyundai-KIA norteamericana. El primer H-CEX está diseñado para ayudar a las articulaciones mientras un trabajador se encuentra sentado. Pesa sólo alrededor de 3.5 libras (1.6 kg) y puede manejar hasta 330 libras (150 kg)—además puede ser ajustado a diferentes alturas de los empleados.

El exoesqueleto Hyundai Medical (H-MEX) ayuda a los pacientes con lesiones en la médula espinal baja a recuperar la capacidad de caminar.

Actualmente Hyundai está trabajando para obtener la aprobación de la FDA.

Ha habido mucha especulación sobre cómo se verá la manufactura en el futuro. Parece que los exoesqueletos tipo prenda serán parte de ese escenario. y

A la editora colaboradora Kate Bachman se le puede contactar en kateb@thefabricator.com.

Comau, www.comau.com/en

Hyundai, www.hyundainews.com/en-us/releases/2301

Levitate Technologies, www.levitatetech.com

Lockheed Martin, www.lockheedmartin.com