Даже небольшой подъем коробки или инструмента может привести к большим проблемам для миллионов работников заводов и складов. Постоянное напряжение, неудобные позы и повторяющиеся движения часто заканчиваются мышечно-скелетными травмами, которые требуют недель восстановления и обходятся компаниям в миллиарды долларов ежегодно. Чтобы снизить эту нагрузку, инженеры из Техасского университета в Арлингтоне (UTA) создали мягкий роботизированный экзоскелет, который буквально делает работу легче. Устройство получило название PASE (Pneumatically Actuated Soft Elbow Exoskeleton) — «пневматически приводимый мягкий локтевой экзоскелет».
Как это работает
В основе PASE — силиконовый «пневмоактуатор» — мягкий, наполненный воздухом элемент, который помогает двигать рукой во время типичных производственных задач: поднятия, сборки, сверления. Конструкция легкая и гибкая: экзоскелет крепится на углеродной пластине и обтянут мягким неопреном, точно повторяя естественные движения локтя и не ограничивая подвижность.
Инженеры постарались сделать систему максимально простой: устройство представляет собой цельный пневматический механизм, без лишних деталей, что снижает вес и повышает комфорт. Его можно подключить к уже существующим пневмосистемам, которые установлены почти на всех промышленных предприятиях.
«Наша цель — не лечить травмы, а предотвращать их, снижая нагрузку на мышцы ещё до того, как возникнет боль», — объясняет Эшвара Прасад Шридхар, исследователь кафедры промышленной и системной инженерии UTA.
Испытания и результаты
В эксперименте участвовали 19 человек в возрасте от 18 до 45 лет. Им предстояло выполнять три типичных производственных задания: поднимать грузы, собирать детали и сверлить.
Результаты впечатляют: при использовании PASE активность бицепса и трицепса снижалась до 22%, а участники отмечали, что физическая и умственная нагрузка по шкале NASA TLX уменьшалась на 8–10 пунктов.
«Даже предотвращение одной травмы на производстве — это огромный успех. Такие проекты показывают, как инженерия напрямую улучшает качество жизни, снижая усталость и делая работу безопаснее», — отмечает доктор Вейсел Эрел, руководитель программы мягкой робототехники в UTA Research Institute.
Что дальше
Успех прототипа вдохновил команду на следующий шаг — создание полноценного экзоскелета для всей руки, который сможет помогать не только локтю, но и запястью с пальцами. Соответствующее предложение уже подано в Национальный научный фонд США.
«Это именно тот тип междисциплинарных исследований, на которых строится миссия нашего университета. Объединяя знания из робототехники, механики и эргономики, мы создаем решения, которые важны и для промышленности, и для повседневной жизни», — говорит Эрел.
Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Rehabilitation and Assistive Technologies Engineering.
