Presentato il primo studio scientifico sull’impatto di Mate, l’esoscheletro di Comau, sul carico biomeccanico dei lavoratori e, di conseguenza, è stato ricalcolato il punteggio della scala ergonomica del modello EAWS (Ergonomic Assessment Work-Sheet)

Con l’esoscheletro Mate si ha una riduzione del 30% del carico biomeccanico, e quindi della fatica, nello svolgimento di un compito manuale con posture ripetute o incongrue degli arti superiori.

Lo rivela il primo studio scientifico ESO-EAWS, frutto della collaborazione tra Fondazione Ergo, Università degli Studi di Bologna e il Laboratorio di Ingegneria del Sistema Neuromuscolare (Lisin) del Politecnico di Torino.

Lo studio è stato promosso da IUVO, spin-off del 2015 dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Sant’Anna di Pisa che, dal 2017, ha come soci di maggioranza Comau del Gruppo FCA e Össur, la multinazionale islandese specializzata in protesi medicali.

IUVO progetta e sviluppa dispositivi robotici indossabili per applicazioni industriali, riabilitative e di assistenza personale e ha progettato Mate (Muscolar Aiding Tech Exoskeleton), l’esoscheletro per gli arti superiori ingegnerizzato e prodotto da Comau.

Grazie a un sofisticato meccanismo con ingranaggi ed elementi elastici passivi, Mate riesce a fornire all’operatore che lo indossa assistenza agli arti superiori, riducendo il carico biomeccanico dove sia necessario manipolare oggetti con le braccia sollevate per lunghi periodi, per esempio nell’assemblaggio sottoscocca nel settore automotive, nella pulizia di finestre con asta telescopica, nell’approvvigionamento di linee aree per la verniciatura o nella movimentazione di scatole in alto in magazzini non ancora del tutto automatizzati.  «Lo studio eseguito è un esempio virtuoso di valutazione indipendente, effettuata con rigorosi metodi scientifici, di un dispositivo progettato per ridurre il carico biomeccanico dovuto ad alcune attività lavorative. Più in generale esso fornisce una ulteriore dimostrazione dell’efficacia di una nuova generazione di dispositivi di assistenza al lavoro manuale», afferma Francesco Saverio Violante, professore di medicina del lavoro dell’Università di Bologna. 

Misurazione della fatica in laboratorio con e senza esoscheletro

Il protocollo sperimentale del progetto di ricerca è stato applicato a dodici giovani volontari (20-30 anni) e ha previsto la misura dell’attività dei muscoli della spalla e degli arti superiori in 12 posture (8 statiche e 4 dinamiche), con e senza esoscheletro nel laboratorio Lisin guidato dal prof. Marco Gazzoni, che così ha commentato: «Questo studio è per noi interessante perché apre una strada per tradurre in scale di valutazione ergonomica misure quantitative strumentali che, spesso, non è possibile effettuare sul campo».

Le misurazioni elettromiografiche, con elettrodi di superficie, sono state effettuate sui muscoli coinvolti nel mantenimento delle posture valutate: trapezio, deltoide anteriore, mediale e posteriore, bicipite, tricipite. L’utilizzo di 12 telecamere ha permesso di controllare la corretta esecuzione dei movimenti, che non prevedevano sollevamento di pesi oltre i 3 chili. Quello che è emerso è una riduzione media del 30% del carico biomeccanico sui muscoli considerati in posture statiche e del 25% in posture dinamiche, grazie all’adozione dell’esoscheletro.

Correlazione con le scale di valutazione EAWS e ritorno economico

La fase successiva a quella di laboratorio ha avuto come obiettivo la traduzione della variazione di attività muscolare, osservata tra le condizioni con e senza esoscheletro, in un indice di correzione delle scale di valutazione EAWS dell’intensità di carico biomeccanico, che è uno strumento di valutazione complessiva del rischio da sovraccarico biomeccanico.

Questa seconda fase è stata condotta dal team di istruttori esperti EAWS di Fondazione Ergo, con la supervisione del Comitato scientifico della piattaforma EAWS, composta da Francesco Saverio Violante, da Ralph Bruder dell’Università Tecnica di Darmstadt in Germania, da Roberta Bonfiglioli dell’Università di Bologna e da Maria Pia Cavatorta del Politecnico di Torino.

I risultati del progetto hanno permesso di mettere in relazione l’investimento economico in tecnologie indossabili a supporto del lavoro manuale con i benefici in termini di riduzione del livello di fatica e, di conseguenza, con il miglioramento della qualità del lavoro per gli operatori e il ritorno economico per l’azienda.

Infatti, l’utilizzo dell’esoscheletro, in un campo di applicazione adeguato, comporta nell’immediato un miglioramento percepito come sforzo minore e minore fatica durante le ore di lavoro e, per le aziende che utilizzano il modello ERGO-MTM (il metodo di misurazione tempo-lavoro correlato alla scala ergonomica EAWS), una diminuzione del fattore di maggiorazione ergonomico, che indica l’aumento del tempo di riferimento di un’attività manuale per far fronte a un maggior livello di fatica. Nel lungo periodo, inoltre, sarà riscontrabile una minore incidenza di malattie muscolo-scheletriche con risparmi anche per il sistema nazionale sanitario. 

Con Mate non si va più piano

In pratica, questo studio ha risposto alla frequente obiezione di un rallentamento dei movimenti indossando un esoscheletro, ma grazie alle caratteristiche ergonomiche di Mate non è stato rilevato un rallentamento né in laboratorio, né sul modello di calcolo del carico biomeccanico del sistema EAWS, con pesi non superiori ai 3 kg.

Anzi, la minore fatica consente di mantenere costante la velocità dei movimenti durante lo svolgimento del compito. In definitiva, Ergo ha ritoccato le scale di valutazione del sistema EAWS in base all’impatto dell’esoscheletro Mate sulla riduzione del carico biomeccanico e ha definito una prima classe di esoscheletri S-01, cui appartiene Mate. 

Gabriele Caragnano

«Siamo soddisfatti di aver attivato un progetto sulla base di richieste arrivate dalle imprese e dai sindacati e che si è sviluppato con una partnership strategica di alto livello che, grazie al coordinamento del prof. Violante di Bologna, ha garantito non solo la scientificità del progetto, ma ci ha permesso di sviluppare una procedura di certificazione per gli esoscheletri industriali unica e focalizzata sul sistema EAWS», commenta Gabriele Caragnano, direttore tecnico Fondazione Ergo. 

Nell’addendum al manuale EAWS sono state definite le regole di calcolo da applicare in caso di utilizzo di un esoscheletro della classe S-01. In particolare, le sezioni di EAWS influenzate dall’esoscheletro oggetto di studio sono state la 1, che comprende posture statiche simmetriche e asimmetriche del corpo, rispetto a cui sono stati ricalcolati i punteggi del comparto spalla con il corpo in posizione eretta, seduta e accovacciata/inginocchiata – in presenza di esoscheletro S-01 – e la sezione 4, che riguarda movimenti ripetuti dell’arto superiore.

Le sezioni 2 (applicazione di forze) e 3 (movimentazione carichi) non sono state modificate, poiché non influenzate significativamente dall’utilizzo di questo tipo di esoscheletro. Nella sezione dei “Punti Extra” di EAWS si è valutato anche l’impatto negativo generato dall’indossamento di un dispositivo che, pur se disegnato per minimizzare fastidio e ingombro, rappresenta pur sempre un elemento aggiuntivo in termini di peso e spazio.

Appare quindi evidente che il suo utilizzo diventa conveniente nelle situazioni in cui il rapporto tra costi e benefici veda prevalere la riduzione del punteggio delle  sezioni 1 e 4 rispetto all’aumento della sezione dei punti extra.

Com’ è dunque il bilancio? «Il bilancio è positivo se si utilizza l’esoscheletro in campi di applicazione appropriati, ma non esiste una risposta assoluta. Considerando le scale EAWS di sezione 1, ad esempio, possiamo sostenere che, se la postura spalla interessa almeno il 10% del ciclo di lavoro, vi è una riduzione di 2 punti, che pareggerebbe l’aggravio dei 2 punti extra. Ne consegue che l’esoscheletro è interessante per le posture della spalla statiche e dinamiche laddove si abbia almeno una percentuale del 20% del ciclo lavoro, altrimenti non si ha una reale convenienza», conclude Caragnano.