Roborobotnik

Wykorzystanie na budowie nowoczesnego, dostosowanego do określonych prac specjalistycznego sprzętu sprawia, że coraz rzadziej robotnik musi dźwigać na swoich barkach materiał do wbudowania. Podnośniki, przenośniki, wózki elektryczne i spalinowe, dźwigi i żurawie dostarczą dachówkę, pustaki, stolarkę okienną i drzwiową, etc., etc. pod sam nos pracownika, oszczędzając jego czas i siły. Wiemy jednak doskonale, że nie we wszystkich pracach da się wykorzystać sprzęt, a materiał sam z siebie "nie wbuduje się" w obiekt. Do tego, chcąc nie chcąc, potrzeba siły fizycznej i zdolności fachowca. Ilość "przerzuconego" na budowie towaru, a zwłaszcza jego ciężar, pozostawiają na organizmie człowieka ślad w postaci nadwyrężeń, skrzywień, bólów mięśniowo-stawowych. Nadmiernie obciążone mięśnie, stawy, kręgosłup w końcu nie wytrzymują, co kończy się chorobami i absencją w pracy. Środki przeciwbólowe, blokady, to tylko półśrodki. Rehabilitacja - masaże, krioterapia, hydroterapia, laseroterapia, itd. wymaga czasu i może, ale wcale nie musi, do końca pomóc, a kontuzję łatwo odnowić.

A gdyby ułatwić sobie pracę, odciążając mięśnie i stawy? Wspomóc się "zbroją-pancerzem" i zostać "Iron Manem"? Jeżeli ktoś nie oglądał filmu, to: tytułowy superbohater, inżynier, który buduje bojowy egzoszkielet, dający mu olbrzymią siłę i umożliwiający szybkie przemieszczanie się, także w powietrzu. To człowiek ubrany w pancerz, który chroni i wspomaga jego układ szkieletowo-mięśniowy. Science-fiction? Film owszem, natomiast egzoszkielet (choć jeszcze nielatający) to już całkiem realne urządzenie. Czym jest egzoszkielet i czy może stać się panaceum dla budowlańców?
 

Sztuczny egzoszkielet (pancerz wspomagany) to mocowana na zewnątrz ciała powłoka, której celem jest wzmocnienie siły mięśni użytkownika. Może on wzmacniać wszystkie partie mięśni lub tylko niektóre z nich.
 

W obecnych egzoszkieletach sterowanie może odbywać się na cztery sposoby:

Za ruch urządzenia odpowiedzialny jest zazwyczaj system siłowników hydraulicznych, pneumatycznych lub elektrycznych. Aktywne egzoszkielety zasilane są przede wszystkim energią elektryczną z zestawów akumulatorów lub przy pomocy silników spalinowych.
 

Pierwszą mobilną maszyną zintegrowaną z ludzkimi ruchami był amerykański Hardiman (1960), pozwalał on zwiększyć siłę użytkownika o współczynnik 25. Podnoszenie 25 kilogramów było tak proste jak podniesienie kilograma bez kombinezonu. Ważące 750 kg "ubranie" sprawiało sporo problemów konstruktorom i ostatecznie próby użycia egzoszkieletu zakończyły się niepowodzeniem. Od tego czasu minęło sporo lat, technologia materiałowa, robotyka, informatyka i elektronika poszły mocno do przodu. Dlatego obecnie do konstrukcji egzoszkieletów używa się lekkich materiałów, które mogą wytrzymać duże siły. Do niedawna stosowane stal i aluminium zastępowane są przez włókna szklane, węglowe lub grafitowe. Egzoszkielety nie należą do urządzeń tanich. Prace nad nimi trwają długo, nie zawsze zapewniając sukces. Dlatego nie należy się dziwić, że największe zainteresowanie ich rozwojem występuje w pierwszej kolejności w wojsku, w medycynie - przy rehabilitacji schorzeń ruchowych, w przemyśle. Coraz więcej firm korporacyjnych działających w przemyśle motoryzacyjnym, elektrotechnicznym, logistycznym wyposaża swoich pracowników w specjalnie zaprojektowane kostiumy, które zwiększają siłę mięśni.
 

Pora na przykłady.

Inżynierowe koreańskiego potentata w branży elektronicznej, chemicznej i telekomunikacyjnej (LG), przez ostatnie kilka lat pracowali nad specjalnym egzoszkieletem dla pracowników fabryk. Najnowszy ich wynalazek, który powstał ze startupem SG Robotics nazywa się LG CLOi SuitBot. Urządzenie wspiera stopy, nogi i odcinek lędźwiowy człowieka; w ten sposób pozwala mu nie tylko podnosić i przenosić cięższe towary, ale również odciąża jego kręgosłup, dzięki czemu pracownik znacznie mniej odczuwa zmęczenie. Przeznaczony jest do codziennego użytku, nie tylko w trakcie pracy w magazynach lub przy produkcji, ale świetnie sprawdzi się również u wszystkich osób, które w większości wykonują pracę na stojąco i siedząco lub często nadwyrężają dolne partie ciała. Zastosowana technologia sztucznej inteligencji monitoruje na bieżąco zarówno stan urządzenia, jak i ciała. W przypadku wykrycia nieprawidłowości system wyłącza egzoszkielet i informuje o tym jego posiadacza. Stąd zapewnia mu najwyższy poziom bezpieczeństwa. Przed przystąpieniem do pracy "ubiór" należy odpowiednio wyregulować i dopasować do ciała pracownika, co (jak zapewniają producenci) przebiega bardzo łatwo i szybko. Egzoszkielet docelowo trafi do większości fabryk LG na całym świecie; ma być również dostępny dla innych firm, które chciałyby lepiej zadbać o swoich pracowników.
 

Z kolei amerykański Ford testuje egzoszkielet o nazwie EksoVest. Ma on wspomóc górne partie ciała pracowników i odciążyć je w trakcie podnoszenia ciężarów w halach produkcyjnych. W ten sposób będą oni mogli łatwiej podnosić cięższe elementy oraz wykonywać inne zadania, które normalnie wymagałyby używania większej siły. Dzięki współpracy Forda z firmą Ekso Bionics powstał egzoszkielet, który nie wymaga energii elektrycznej. Dzięki wbudowanym siłownikom EksoVest ma ułatwić podnoszenie elementów o masie od około 2 kg do prawie 7 kg na jedno ramię. Producent testuje obecnie to rozwiązanie w dwóch amerykańskich fabrykach i planuje wprowadzić egzoszkielety także do zakładów w Europie i Ameryce Południowej. Ford chwali się, że rozwiązanie to powinno znaleźć uznanie również w innych branżach, gdzie pracuje się w warunkach obciążenia – w tym na placach budowy i centrach dystrybucji. EksoVest dostosowany jest do osób o wzroście od 1,5 do 1,9 metra. Pracownicy testujący egzoszkielet są bardzo zadowoleni z nowego „pomocnika”, który jest lekki, wygodny i nie ogranicza ich ruchów.
 

Południowokoreański Hyundai Motor Group (HMG) wraz z firmą partnerską Kia Motors wprowadzają do swoich hal innowacyjne rozwiązania w dziedzinie robotyki. Opracowany przez firmy egzoszkielet jest testowany w fabryce w USA. Hyundai Chairless Exoskeleton (H-CEX) skierowany jest przede wszystkim do pracowników, którzy muszą pozostać w pozycji siedzącej przez cały dzień. Został zaprojektowany tak, by chronić stawy kolanowe noszącego go operatora. W razie potrzeby pozwala mu wygodnie usiąść, nie krępując ruchów podczas pracy w pozycji spionizowanej. H-CEX waży zaledwie 1,6 kg, współpracuje z operatorami o wadze do 150 kg i pozwala na wykonanie siadu pod kątem 85, 70 i 55 stopni. Z kolei wprowadzony do testów egzoszkielet Exoskeleton Hyundai Vest (H-VEX) przeznaczony jest dla pracowników wykonujących zadania wymagające podnoszenia ramion. Górna część ciała pracownika wspierana jest przez egzoszkielet, który chroni mięśnie karku i ramion, wspomagając je pozwala przenieść większe ciężary.
 

Tacy potentaci, jak BMW, Daimler, Toyota i Volkswagen (znowu branża motoryzacyjna) nie pozostają w tyle. W swoich fabrykach testują "ubieralne krzesła" - Chairless Chair. Są to bardzo lekkie, kompaktowe urządzenia, które mocowane są do naszych nóg i pasa. Wystarczy, że zegnie się nogi, a urządzenie samo zablokowuje przesuwanie się modułów i pozwala usiąść. "Krzesełko" jest regulowane i przystosowane do różnego wzrostu pracownika i preferencji przysiadu.
 

Egzoszkielet FORTIS (unoszący ponad 16 kg) jest rozwijany przez firmę Lockheed Martin reprezentującą przemysł obronny. Pierwsze testy rozpoczęły się w 2014 r. w fabryce samolotów transportowych C-130 w mieście Marietta w stanie Georgia (USA). Dzięki systemowi połączeń FORTIS umożliwia przeniesienie ciężaru z rąk na ziemię. Pracownik, który z niego korzysta, nie męczy się w takim stopniu jak wcześniej i nie potrzebuje tak częstych przerw jak kiedyś. Egzoszkielet jest wyposażony w specjalną przeciwwagę znajdującą się za plecami użytkownika, co pozwala na utrzymanie równowagi podczas przenoszenia ciężaru. Z związku z tym nie potrzebuje zasilania i akumulatorów. Wśród zastosowań znajduje się praca z ciężkimi narzędziami przez długi czas lub w niewygodnej pozycji. FORTIS występuje w dwóch wersjach: pełnego egzoszkieletu z ramieniem narzędziowym, obręczą na pas i wspornikami mocowanymi do nóg oraz samego ramienia narzędziowego przymocowanego do obręczy noszonej na pasie. Za przeszkolenie i umożliwienie korzystania z pełnej wersji FORTISA trzeba zapłacić 25 tysięcy dolarów i około 7 tysięcy dolarów za ramię.
 

Należąca do koncernu Panasonic firma Activelink stworzyła Power Loadera. Robot wzmacnia siłę mięśni człowieka przez 22 jednostki napędowe. Impulsy wprawiające w ruch napęd urządzenia przekazywane są w momencie przyłożenia siły przez osobę je noszącą. Sensory rozmieszczone w ramionach umożliwiają detekcję nie tylko nacisku, ale również wektora przykładanej siły, tak aby maszyna "wiedziała", w którym kierunku działać. Obecnie testowana wersja ma pozwolić na swobodne dźwiganie 50-60 kg. W planach jest Power Loader o udźwigu 100 kg. W odróżnieniu do typowych egzoszkieletów urządzenie nie tyle zakłada się na siebie, ile wchodzi się do niego.
 

Amerykańska firma US Bionics ma w swojej ofercie egzoszkieletów trzy funkcjonalnie niezależne moduły. System MAX łączy legX, backX i shoulderX w kompletny kombinezon egzoszkieletowy. System MAX został zaprojektowany tak, by zmniejszyć ryzyko wystąpienia obrażeń pracowników przy wykonywaniu zadań, w których występują znaczne obciążenia kolan, pleców i barków, jednocześnie zapewniając komfort noszenia przez cały dzień. Pokonywanie schodów, wejście na drabinę, jazda samochodem i jazda rowerem odbywają się całkowicie bez przeszkód. Badania laboratoryjne systemu MAX na Uniwersytecie Kalifornijskim wskazują, że system ten zmniejsza siłę mięśni potrzebną do wykonania zadań aż o 60 procent. Moduł backX jest nowatorskim przemysłowym egzoszkieletem, który zmniejsza kompresję kręgosłupa na odcinku L5/S1. Zaprojektowany został do integracji ze standardowymi paskami bezpieczeństwa i paskami narzędziowymi w celu zachowania ich funkcjonalności. Nie powoduje dyskomfortu podczas noszenia w połączeniu ze standardową szelką bezpieczeństwa. W chłodniejszych warunkach można wygodnie nosić go pod ubraniem lub kurtką. Zawiera ponadto kieszenie do przechowywania pakietów chłodzenia i ogrzewania w ekstremalnych warunkach pogodowych. Nie wymaga zasilania, a jego niski profil umożliwia pracę w ciasnych przestrzeniach. Można go założyć i zdjąć w mniej niż 30 sekund. W zależności od wersji waży 2,2 kg lub 3,4 kg i jest noszony z uprzężą (dodatkowe 1,1 kg). Do ochrony stawu kolanowego zastosujemy moduł o nazwie legX, który umożliwia noszącemu wielokrotne przysiadanie, zmniejszając obciążenie stawu kolanowego. Siłę wsparcia można dostosować do potrzeb i wagi użytkownika. Ten inteligentny system może rozróżniać moment chodzenia, wchodzenia/ schodzenia po schodach i kucanie, tak by umożliwić nieskrępowane przemieszczanie się i zapewnić wsparcie wówczas, gdy jest ono potrzebne. LegX posiada również tryb blokowania, w którym egzoszkielet może być używany jak krzesło (para nóg waży 6,2 kg). Do dynamicznego wsparcia ramienia użyjemy egzoszkieletu shoulderX, równoważącego łączną masę ramienia użytkownika i narzędzia, które trzyma, w całym zakresie ruchu ciała. Może on być szybko dostrojony do różnych poziomów wsparcia użytkowników, narzędzi, zadań i poziomu zmęczenia. Siła nośna stopniowo rośnie, gdy użytkownik unosi ramiona i zbliża się do zera, gdy ramiona są opuszczone, pozwalając im naturalnie spoczywać. Rozkład obciążenia następuje z ramienia na biodra użytkownika (gdy shoulderX noszony jest samodzielnie) lub na ziemię (shoulderX w połączeniu z modułem legX). ShoulderX waży 4,3 kg z jednym zamocowanym ramieniem i 5,3 kg z dołączonymi dwoma ramionami. Założenie lub zdjęcie "ramienia" zajmuje mniej niż 1 minutę. Najlepsze zastosowanie shoulderX znajdzie wszędzie tam, gdzie wymagana jest długotrwała praca od poziomu klatki piersiowej do sufitu przy użyciu lekkich i średnich narzędzi, np. przy pracach malarskich, elektrycznych, montażu paneli sufitowych, itp.
A ile to kosztuje? Za backX zapłacimy 4.000 dolarów, za moduł shoulderX odpowiednio 4.000 dolarów, zaś za parę legX 6.000 dolarów. Oj, niemało, niemało.
 

Jak widać, egzoszkielety posiadają wiele zastosowań, póki co w przeważającej części w branży motoryzacyjnej/ lotniczej oraz w firmach zajmujących się magazynowaniem/ wysyłką towarów. Widać korporacje przekalkulowały sobie, że tańsze będzie "krzesełko" niż człowiek na chorobowym.
 

Całkiem niezależnie należałoby podejść do egzoszkieletów wykorzystywanych w wojsku, dla poprawienia zdolności bojowych i ochrony żołnierza. Większość projektów i badań z oczywistych względów jest tajna. Osobną grupę egzoszkieletów znajdziemy w zastosowaniach medycznych dla poprawienia zdolności ruchowych pacjentów.
 

Czas odkładać na "zbroje" i zostać pierwszym robokosztorysantem
 

A budowlańcy... z powyższych można by coś wybrać, tylko ta cena...