Современные методы исследования безопасности и физиологической эффективности применения промышленных экзоскелетов
Автор: Герегей А.М., Шитова Е.С., Малахова И.С., Шупорин Е.С., Бондарук Е.В., Ефимов А.Р., Тах В.Х.
Журнал: Анализ риска здоровью @journal-fcrisk
Рубрика: Оценка риска в организации здравоохранения
Статья в выпуске: 3 (31), 2020 года.
Бесплатный доступ
Профессиональная заболеваемость, связанная с воздействием физических перегрузок и перенапряжением отдельных органов и систем, занимает второе ранговое место в структуре профессиональной патологии в зависимости от воздействующего вредного производственного фактора. В связи с этим актуальным и перспективным направлением является развитие технологий промышленных экзоскелетов, способных защитить опорно-двигательный аппарат работника от чрезмерных физических нагрузок. При этом одной из проблем, создающей существенные ограничения внедрения промышленных экзоскелетов на производствах как в России, так и в других странах, является отсутствие соответствующей нормативно-технической базы. Значимую роль в формировании нормативно-технической базы играет возможность объективного медико-биологического исследования безопасности и физиологической эффективности применения промышленных экзоскелетов. Разработанные и опробованные методы исследования физиолого-эргономических характеристик промышленных экзоскелетов внесут существенный вклад в систему их комплексных эргономических испытаний на этапах разработки, создания и опытной эксплуатации. Рассматриваются современные медико-биологические методы исследования безопасности и физиологической эффективности применения промышленных экзоскелетов. Приведены примеры использования метода «захвата движений» с использованием инерциальных датчиков, эргоспирометрии, электромиографии и миотонометрии для оценки физиолого-эргономических характеристик промышленных экзоскелетов в условиях моделирования трудовой деятельности. Результаты настоящего исследования с использованием вышеперечисленных методов подтвердили безопасность и эффективность применения промышленных экзоскелетов для работников физического труда при выполнении ими производственных операций, аналогичных разработанным моделям. Использованные методы могут существенно расширить имеющиеся подходы к исследованию функционального состояния работников физического труда, а полученные результаты внесут значимый вклад в разработку нормативно-технической базы перспективного типа средств индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата в рамках системы стандартов безопасности труда.
Промышленные экзоскелеты, средства индивидуальной защиты, биомеханический анализ движений, эргоспирометрия, электромиография, миотонометрия
Короткий адрес: https://sciup.org/142226379
IDR: 142226379 | УДК: 613.65: | DOI: 10.21668/health.risk/2020.3.18
Up-to-date techniques for examining safety and physiological efficiency of industrial exoskeletons
Occupational morbidity caused by physical overloads and certain organs and systems being overstrained ranks second among occupational pathologies depending on an influencing adverse occupational factor. Given that, it seems vital and promising to develop industrial exoskeletons as they are able to protect a worker’s musculoskeletal system from excessive physical loads. And absence of a relative regulatory and technologic base is a challenge here as it imposes substantial limitations on industrial exoskeletons implementation in productions both in Russia and in other countries. A significant role in creating regulatory and technological base belongs to a possibility to accomplish an objective medical and biological examination of industrial exoskeletons safety and physiological efficiency. Developed and properly tested procedures for examining physiological and ergonomic properties of industrial exoskeletons will make a substantial contribution into a system of complex ergonomic tests accomplished at stages when exoskeletons are developed, created, and put into trial operation. The present paper dwells on up-to-date medical and biological procedures for examining safety and physiological efficiency of industrial exoskeletons. There are examples on using a «movement seizure» procedure performed with inertial sensors, ergospirometry, electromyography, and myotonometry for estimating physiological and ergonomic properties of industrial exoskeletons at a modeled working place. Results obtained via this research involving all the above mentioned procedures confirmed that it was safe and quite efficient to apply industrial exoskeletons for workers who had to deal with physical labor when performing work tasks similar to those used in developed models. Applied procedures can substantially enhance approaches to examining a worker’s functional state and obtained results will make a significant contribution into development of a regulatory and technological base for promising individual protection means used to protect the musculoskeletal system within the existing System of occupational safety standards.
Список литературы Современные методы исследования безопасности и физиологической эффективности применения промышленных экзоскелетов
- Lowe B.D., Billotte W.G., Peterson D.R. ASTM F48 Formation and Standards for Industrial Exoskeletons and Exosuits // IISE Transactions on Occupational Ergonomics and Human Factors. - 2019. - Vol. 7, № 3-4. - P. 230-236. DOI: 10.1080/24725838.2019.1579769
- Ford rolls out exoskeleton wearable technology globally to help lessen worker fatigue, injury [Электронный ресурс] // Ford media center. - 2018. - URL: https://media.ford.com/content/fordmedia/fna/us/en/news/2018/08/07/ford-rolls-out-exoskeleton-wearable-technology-globally-to-help-.html (дата обращения: 08.06.2020).
- Honda Xcelerator to Debut Industrial Innovation Collaborations at CES 2020 Along with New Technologies Coming Soon to Market [Электронный ресурс] // Honda. The Power of Dreams. - 2019. - URL: https://hondanews.com/en-US/honda-corporate/releases/release-8d5607d2f6277f4e7a40db54620873de-honda-xcelerator-to-debut-industrial-innovation-collaborations-at-ces-2020-along-with-new-technologies-coming-soon-to-market (дата обращения: 08.06.2020).
- Hyundai Develops Wearable Vest Exoskeleton for overhead work [Электронный ресурс] // Hyundai Motor Europe. - 2019. - URL: https://www.hyundai.news/eu/brand/hyundai-develops-wearable-vest-exoskeleton-for-overhead-work/ (дата обращения: 08.06.2020).
- White Paper: Hip Exoskeleton Market - Review of Lift Assist Wearables [Электронный ресурс] // Industry News & Education. - 2018. - URL: http://www.wearablerobotics.com/industry-news-education/ (дата обращения: 08.06.2020).
- Доспехи для рабочего [Электронный ресурс] // Коммерсантъ. - 2019. - URL: https://www.kommersant.ru/doc/4088692 (дата обращения: 08.06.2020).
- Аникиенко Е. Магнитогорцы показали экзоскелет на Неделе моды в Москве [Электронный ресурс] // Южноуральская панорама. - 2019. - URL: http://up74.ru/articles/news/115137/ (дата обращения: 08.06.2020).
- Колерова В. Экзоскелеты медленно идут в цеха [Электронный ресурс] // Эксперт. - 2018. - № 29. - URL: https://expert.ru/expert/2018/29/ekzoskeletyi-medlenno-idut-v-tseha/ (дата обращения: 08.06.2020).
- Приобретение 30 экзоскелетов Exorise // Tadviser. - 2019. - URL: http://www.tadviser.ru/index.php/Проект: Череповецкий_металлургический_комбинат_ (ЧерМК) _ (Экзоскелеты_Exorise) (дата обращения: 08.06.2020).
- Biomechanical and Metabolic Effectiveness of an Industrial Exoskeleton for Overhead Work / T. Schmalz, J. Schändlinger, M. Schuler, J. Bornmann // International Journal of Environmental Research and Public Health. - 2019. - Vol. 16, № 23. - P. 4792.
- DOI: 10.3390/ijerph16234792
- Objective and Subjective Effects of a Passive Exoskeleton on Overhead Work / P. Maurice, J. Čamernik, D. Gorjan, B. Schirrmeister, J. Bornmann, L. Tagliapietra, C. Latella, D. Pucci [et al.] // IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. - 2020. - Vol. 28, № 1. - P. 152-164.
- DOI: 10.1109/TNSRE.2019.2945368
- Comparison of the human-exosuit interaction using ankle moment and ankle positive power inspired walking assistance / M. Grimmer, B.T. Quinlivan, S. Lee, P. Malcolm, D.M. Rossi, C. Siviy, C.J. Walsh // Journal of Biomechanics. - 2019. - Vol. 83, № 23. - P. 76-84.
- DOI: 10.1016/j.jbiomech.2018.11.023
- The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work / T. Bosch, J. Eck, K. Knitel, M. Looze // Applied Ergonomics. - 2016. - Vol. 54. - P. 212-217.
- DOI: 10.1016/j.apergo.2015.12.003
- Industrial Wearable Exoskeletons and Exosuits Assessment Process / J. Masood, A. Dacal-Nieto, V. Alonso-Ramos, M.I. Fontano, A. Voilqué, J. Bou // Wearable Robotics: Challenges and Trends. - 2018. - Vol. 22. - P. 234-238.
- DOI: 10.1007/978-3-030-01887-0_45
- Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles / G. Chen, J. Wu, G. Chen, Y. Lu, W. Ren, W. Xu, X. Xu, Z. Wu [et al.] // PLoS ONE. - 2019. - Vol. 14, № 7.
- DOI: 10.1371/journal.pone.0220521
- Lumbar muscles biomechanical characteristics in young people with chronic spinal pain / W.L.A. Lo, Q. Yu, Y. Mao, W. Li, Ch. Hu, L. Li // BMC Musculoskelet Disord. - 2019. - Vol. 23, № 20 (1). - P. 559.
- DOI: 10.1186/s12891-019-2935-z
- Скворцов Д.В. Диагностика двигательной патологии инструментальными методами: анализ походки, стабилометрия: монография. - М.: Научно-медицинская фирма "МБН", 2007. - 640 с.
- Гамза Н.А., Гринь Г.Р., Жукова Т.В. Функциональные пробы в спортивной медицине. - Минск: Белорусский государственный университет физической культуры, 2012. - 57 с.
- Lowe B.D., Billotte W.G., Peterson D.R. ASTM F48 Formation and Standards for Industrial Exoskeletons and Exosuits. IISE Transactions on Occupational Ergonomics and Human Factors, 2019, vol. 7, no. 3-4, pp. 7.
- DOI: 10.1080/24725838.2019.1579769
- Ford rolls out exoskeleton wearable technology globally to help lessen worker fatigue, injury. Ford media center, 2018. Available at: https://media.ford.com/content/fordmedia/fna/us/en/news/2018/08/07/ford-rolls-out-exoskeleton-wearable-technology-globally-to-help-.html (08.06.2020).
- Honda Xcelerator to Debut Industrial Innovation Collaborations at CES 2020 Along with New Technologies Coming Soon to Market. Honda. The Power of Dreams, 2019. Available at: https://hondanews.com/en-US/honda-corporate/releases/release-8d5607d2f6277f4e7a40db54620873de-honda-xcelerator-to-debut-industrial-innovation-collaborations-at-ces-2020-along-with-new-technologies-coming-soon-to-market (08.06.2020).
- Hyundai Develops Wearable Vest Exoskeleton for overhead work. Hyundai Motor Europe, 2019. Available at: https://www.hyundai.news/eu/brand/hyundai-develops-wearable-vest-exoskeleton-for-overhead-work/ (08.06.2020).
- White Paper: Hip Exoskeleton Market - Review of Lift Assist Wearables. Industry News & Education, 2018. Available at: http://www.wearablerobotics.com/industry-news-education/ (08.06.2020).
- Armor for a worker. Kommersant", 2019. Available at: https://www.kommersant.ru/doc/4088692 (08.06.2020) (in Russian).
- Anikienko E. Experts from Magnitogorsk showed an exoskeleton ay fashion Week in Moscow. Yuzhnoural'skaya panorama, 2019. Available at: http://up74.ru/articles/news/115137/ (08.06.2020) (in Russian).
- Kolerova V. Exoskeletons are being introduced in workshops, though rather slowly. Ekspert, 2018, no. 29. Available at: https://expert.ru/expert/2018/29/ekzoskeletyi-medlenno-idut-v-tseha/ (08.06.2020) (in Russian).
- Purchase of 30 Exorise exoskeletons. Tadviser, 2019. Available at: http://www.tadviser.ru/index.php/Проект:Череповецкий_металлургический_комбинат_(ЧерМК)_(Экзоскелеты_Exorise) (08.06.2020) (in Russian).
- Schmalz T., J. Schändlinger, Schuler M., Bornmann J. Biomechanical and Metabolic Effectiveness of an Industrial Exoskeleton for Overhead Work. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2019, vol. 16, no. 23, pp. 4792.
- DOI: 10.3390/ijerph16234792
- Maurice P., Čamernik J., Gorjan D., Schirrmeister B., Bornmann J., Tagliapietra L., Latella C., Pucci D. [et al.]. Objective and Subjective Effects of a Passive Exoskeleton on Overhead Work. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2020, vol. 28, no. 1, pp. 152-164.
- DOI: 10.1109/TNSRE.2019.2945368
- Grimmer M., Quinlivan B.T., Lee S., Malcolm P., Rossi D.M., Siviy C., Walsh C.J. Comparison of the human-exosuit interaction using ankle moment and ankle positive power inspired walking assistance. Journal of Biomechanics, 2019, vol. 83, no. 23, pp. 76-84.
- DOI: 10.1016/j.jbiomech.2018.11.023
- Bosch T., Eck J., Knitel K., Looze M. The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work. Applied Ergonomics, 2016 vol. 54, pp. 212-217.
- DOI: 10.1016/j.apergo.2015.12.003
- Masood J., Dacal-Nieto A., Alonso-Ramos V., Fontano M.I., Voilqué A., Bou J. Industrial Wearable Exoskeletons and Exosuits Assessment Process. Wearable Robotics: Challenges and Trends, vol. 22, pp. 234-238.
- DOI: 10.1007/978-3-030-01887-0_45
- Chen G., Wu J., Chen G., Lu Y., Ren W., Xu W., Xu X., Wu Z. [et al.]. Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles. PLoS ONE, 2019, vol. 14, no. 7.
- DOI: 10.1371/journal.pone.0220521
- Lo W.L.A., Yu Q., Mao Y., Li W., Hu Ch., Li L. Lumbar muscles biomechanical characteristics in young people with chronic spinal pain. BMC Musculoskelet Disord, 2019, vol. 23, no. 20 (1), pp. 559.
- DOI: 10.1186/s12891-019-2935-z
- Skvortsov D.V. Motor pathology diagnostics with instrumental procedures: gait analysis and stabilometry: a monograph. Moscow, Nauchno-meditsinskaya firma "MBN" Publ., 2007, 640 p. (in Russian).
- Gamza N.A., Grin' G.R., Zhukova T.V. Functional tests in sport medicine. Minsk, Belorusskii gosudarstvennyi universitet fizicheskoi kul'tury Publ., 2012, 57 p. (in Russian).
