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瑞典耶夫勒大學新研究表示機械外骨骼可降低工人受傷風險

2021-11-23 11:19:12 來源：智東西

瑞典耶夫勒大學的一項新研究表示，機械外骨骼 EksoVests 可以為工業、物流和建筑行業的工人減少 60% 的肌肉拉傷。

自 2005 年以來，醫療保健設備制造商 Ekso Bionics 公司一直致力于研究外骨骼技術。EksoVests 是該公司第一款工業外骨骼背心。EksoVests 使福特和波音等公司能夠在提高生產力和效率的同時降低生產成本和工傷。

在歐盟，多達 4400 萬工人受到工作場所相關肌肉骨骼疾病(MSDs)的影響，年總成本超過 2400 億歐元。使用外骨骼可以減輕肌肉峰值負荷，降低工人受傷的風險。

“在這些行業，工人遭受各種傷害的頻率以及病假率都很高，這些都是真正的問題。如果能提高外骨骼的使用率，它們將可能成為解決方案的重要組成部分。”耶夫勒大學機器人技術研究員 Sajid Rafique 說。

一、外骨骼應用：從殘疾人到搬運勞工

在人體內，肌肉疼痛和肌肉問題在各個年齡段都會發生。每個人的身體都有一些主要的區域，這些區域因長期在同一崗位上工作而受到影響，包括頸部和肩部、下背部和腿部以及腳，長時間站著或坐著或用手拿著任何東西也會對他們產生影響。這些不規則的肌肉問題也可能導致錯誤的工作姿勢，甚至遺傳性肌肉疾病。

對于在一個崗位上長時間工作的工業工人來說，最普遍的解決肌肉問題的方法之一是使用外骨骼身體系統。這些機制系統的主要基礎是機器人，由外骨骼專家團隊的實際顧問指導，該顧問將讓用戶熟悉肌肉訓練。

外骨骼研究最初始于 1956 年并針對于殘疾人，幫助中風患者或工作時間更長的工業工人在工作時間內恢復健康。外骨骼有一個機器人系統機制，可以幫助人類通過控制身體使虛弱或疲憊的身體部位接近正常運動。

例如，如果外骨骼控制人體，當外骨骼傳遞 90% 的負載時，它可能感覺到 10% 的壓力負載。盡管如此，利用肌電信號控制外骨骼機器人還是有一些研究的可能性。同時，目前市場上還沒有多少恒定的肌電信號控制的外骨骼系統。

在世界各地，不同的研究人員對人體部位的不同部位進行了研究。該論文研究的 Exo 系統主題是人們在工作或鍛煉時佩戴的外骨骼，他們不會給工作或鍛煉帶來額外的身體壓力。

二、讓肌肉活動減少六成，還能減少病假?

為了實現上述目標，研究人員對佩戴外骨骼的志愿者的肌肉活動的肌電信號進行監測和比較。肌電信號是指一種代表肌肉活動的電信號，也就是 EMG 信號，能夠估計肌肉收縮時產生的電流，代表神經肌肉運動。

EMG 系統有兩種類型的通道用于獲取信號。一個系統是單通道肌電系統，另一個系統是雙通道肌電系統，通過時間序列圖在監視器上進行視覺反饋。

其中傳感器在肌肉中具有表面電極，肌肉活動信息可以以具有較好參數的可視化圖形返回，通過長時間的評估，分析佩戴外骨骼在工人作業時的優勢。

外骨骼是一種額外的、智能的骨骼，它通過一套衣服連接到身體的外部。這種類型的機器人套裝為穿著者提供額外的力量和耐力。雖然這聽起來像是科幻小說，但事實上這項技術已經存在并正在被汽車組裝行業使用。該項技術的應用使得病假率減少，生產力提高。

研究過程中，較低的振幅是選擇更好的外骨骼的最佳標準。因為使用外骨骼時，肌肉會松弛，使用它不會增加工作強度。因此，使用 Exo 防護服的振幅必須低于無 Exo 的正常工作位置振幅。

耶夫勒大學對外骨骼的研究已經進行了多年。在最近的一項研究中，25 名受試者通過穿戴一種用于上身的外骨骼，在執行各種鉆孔任務時對 EksoVest 進行了測試。通過使用傳感器，研究人員能夠測量受試者的肌肉活動，當他們穿著 EksoVests 時，肌肉活動減少了 60%。

以前的研究表明，使用 EksoVests 時，會導致病假減少。美國汽車制造商福特的統計數據顯示，當員工穿著 EksoVests 時，病假減少了 85%。

從外骨骼的評估知識來看，它充分闡明了其相對于康復和工業工作的優勢。當工業工人長時間工作時，它們的優勢將發揮到最大。肌電圖和外骨骼技術對于緩解工業工人的肌肉疼痛和過程研究非常重要，可以通過不同的方式和肌電圖信號評估人體的許多特征，讓他們的工作生活更輕松。

“這項技術有可能改善許多工人的生活;他們可以從中收益，該技術會大大減少工人的工作量，以及下班回家后感覺不那么累。此外，醫療保健的負擔也會減輕，當使用外骨骼進行組裝工作時，傷害和磨損的風險會顯著降低。”耶夫勒大學的機器人研究員 Sajid Rafique 說。

三、外骨骼潛力巨大，信號監測系統需繼續提升

“EksoVest 在制造業中潛力特別大，例如，在任務繁重和機械化重復高的地方、機器人太貴或無法使用的地方。EksoVest 的成本在 4,000 到 5,000 歐元之間。它的價格并不是很貴，因為在健康和生產力方面其優勢很多。”Sajid Rafique 說。

Rafique 認為，在 20 年后，大多數從事制造和裝配工作的人都將使用某種形式的外骨骼。

大致就說，近年來機械外骨骼在國內外都有一些動靜，例如，由傲鯊智能和海軍軍醫大學合作研發的 HEMS-GS 下肢外骨骼機器人就可以幫助外賣小哥送外賣、爬樓梯;美國軍工企業洛克希德馬丁公司也向外界展示了自己的 FORTIS 軍、民兩用外骨骼。這款外骨骼能夠適配穿著者的身高和體型，幫助穿著者搬起重達 16 公斤的物品，而不需要穿著者自身花費太多力氣。

“還有一些改進的空間。例如，重量可以更輕，它們可以更容易地調整以適應每個人。其次公司使用外骨骼的潛力很大，我相信保險公司在未來會強制制造業使用外骨骼，因為該技術大大降低了工人受傷的風險。”Sajid Rafique 說。

最后，本研究開發的系統是一個原型，主要用于表達測試和監測外骨骼優勢的想法。該系統已接近其各個方面，希望 EMG 系統能得到進一步的發展，以便為外骨骼與身體系統提供更好的解決方案。

結語：外骨骼技術尚處發展初期，將成下個風口?

外骨骼研究的不斷深入，對工人、運動員、部分患者都產生了一定優勢。在未來對不同年齡、不同職業的人群，不同的肌肉使用方式、工作特點，深入觸及細分領域，促進相關設備的不斷創新。

同時，外骨骼技術也在不斷改變人們的生活方式，該項技術在傳統制造業的利用率將會在未來迅速普及。外骨骼行業的巨大前景，或許可以吸引更多地企業加入，加速相關領域研究。

關鍵詞：瑞典耶夫勒大學機械外骨骼工人風險