Exoskeletten : zijn er ook risico's ?

Het grootste voordeel van het gebruik van een exoskelet is de vermindering van de spierinspanning die de werknemer moet leveren bij bepaalde, erg belastende activiteiten. Bij manueel heffen en tillen met een exoskelet van het type ‘rug’ wordt de inspanning van de spieren van de lendenen verminderd met gemiddeld 10 tot 40% bij passieve exoskeletten en met gemiddeld 30 tot 60% (tot wel 80%) bij actieve exoskeletten (robotpakken). Die vermindering van de spierinspanning gaat gepaard met een vermindering van de samendrukking van de tussenwervelschijven van de lendenwervels L4/L5 met 23 tot 29%.

Maar zijn er ook risico's aan verbonden ?

Hoewel het exoskelet kan helpen om de spieren minder te belasten, moet dit positieve effect ondanks alles gerelativeerd worden : de strijd tegen musculoskeletale aandoeningen ("MSA") is door het gebruik van een exoskelet nog geenszins helemaal gewonnen.
 

Vermindering van de lichamelijke krachtinspanning, maar niet van de andere MSA-risicofactoren 

De risicofactoren voor het ontwikkelen van MSA zijn divers (afbeelding 15). Dit is geen limitatieve lijst, maar vaak genoemde factoren zijn biomechanische, psychosociale en omgevingsgerelateerde belasting (koude, tocht, enz.), aangevuld door de persoonlijke factoren (leeftijd, ervaring, geslacht, enz.).

Biomechanische factoren : kracht, repetitiviteit, duur, houding gedurende de beweging 

Bij het gebruik van exoskeletten wordt de belasting van het type "kracht" verminderd. Dit gaat evenwel niet op voor belasting van het type "repetitiviteit (van de handelingen)", "houding (en meer specifiek de positie van de gewrichten)" en de "duur". Doordat de aanwending van spierkracht kleiner wordt, vermindert weliswaar eveneens de impact van de repetitiviteit en van de aangenomen houding, maar de impact van laatstgenoemde factoren is daarmee nog niet geheel verdwenen. 

Een belastende houding met de arm recht omhoog of met het bovenlichaam voorover gebogen kan zeker worden verlicht door het exoskelet, maar de belasting blijft wel bestaan als deze handeling gedurende een dag honderden keren wordt uitgevoerd. Personen die bijvoorbeeld de toetsen van een klavier bedienen, kunnen last krijgen van tendinitis aan de pols of aan de elleboog. De gebruikte kracht is nochtans verwaarloosbaar.

Afbeelding 15 - Risicofactoren voor MSA

Verstoring van de harmonieuze samenwerking van de spieren

Hoewel het gebruik van een passief exoskelet voor de rug de druk op de rugspieren weliswaar verlicht, vraagt het exoskelet tegelijkertijd een inspanning van de buikspieren bij het begin van de voorwaartse beweging van het bovenlichaam. Die inspanning kan soms groot zijn, wanneer de instelling van het mechanisme voor de ondersteuning van de rug niet is aangepast of slecht is afgestemd op de capaciteit van de operator (Frost et al., 2009). De harmonieuze synergetische koppeling tussen de rug- en buikspieren is van groot belang en een gebrek aan evenwicht tussen de krachten zou de stabiliteit van de wervelkolom kunnen verstoren.

Een exoskelet voor de bovenste ledematen verlicht het werk van de deltaspier (schouderspier), die nodig is om de arm omhoog te brengen of te houden. Paradoxaal genoeg tonen bepaalde studies aan dat andere spieren net harder moeten werken mét een exoskelet dan zonder (bijvoorbeeld de triceps, een armspier). Er dient over te worden gewaakt dat de vermindering van de inspanningen niet leidt tot een verstoring van de synchronisatie en coördinatie van de werking van de schouder als geheel. De biomechanica van de schouder is zeer complex en het veranderen van één parameter zou de harmonieuze werking van het gewricht kunnen verstoren. Hetzelfde geldt voor de spieren van het bovenlichaam en de onderste ledematen : ze worden bij het gebruik van exoskelet op een andere manier belast, hetgeen een verstoring van het evenwicht binnen de spieren die verantwoordelijk zijn voor de houding van de romp en het lichaam kan teweegbrengen. Bij het gebruik van passieve exoskeletten voor de schouder werd melding gemaakt van een verhoging van de activiteit van de spieren van de lendenen met 30%, en van een grotere belasting van de spieren van de enkels (Rashedi et al., 2014).
 

Hogere belasting voor de rug

Het gewicht van het exoskelet voor de bovenste ledematen is een factor waarmee rekening moet worden gehouden, want hoewel de inspanning voor de bovenste ledematen wordt verminderd, is er een hogere belasting van het bewegingsapparaat en de wervelkolom.
 

Verhoging van het productietempo ?

Een logische reactie op de productiviteitswinst van het bedrijf dankzij het gebruik van een exoskelet zou zijn om het tempo te verhogen of om de rustperiodes te verminderen. In dat geval dreigt het positieve effect van het exoskelet op de vermindering van de gebruikte kracht echter te worden tenietgedaan door de biomechanische MSA-risicofactoren, zoals de grotere regelmaat van de handelingen, de langere duur van de inspanning en de vermindering van de rustperiodes.

Een niet te verwaarlozen bedenking heeft te maken met een mogelijk tijdelijk defect van het exoskelet. Zonder dit hulpmiddel zal het productiviteitsniveau moeilijk te behalen zijn. Hoe kan het bedrijf omgaan met dit probleem? Hopelijk zullen de operatoren zonder hun exoskelet niet dezelfde productiequota moeten halen.

Uit de proeven die werden gedaan bij gecodificeerde taken bleek een grote tevredenheid over het gebruik van exoskeletten, maar hoe zit het met andere, minder vaak voorkomende situaties die zich kunnen voordoen tijdens de vele activiteiten van een operator?
 

Een mogelijk ongemak ?

Enkele studies maken gewag van een gebrek aan comfort van de operatoren bij het gebruik van exoskeletten. Het gewicht van het toestel, de riemen en de steunpunten ervan worden soms als negatief ervaren door de gebruikers en kunnen zorgen voor wrijving, huidirritatie of samendrukking van zenuwen en spieren. Soms is het moeilijk rekening te houden met de antropometrische criteria en is de mogelijkheid om de positie van de gewrichtsassen van het exoskelet aan te passen aan die van de anatomische gewrichten van grote en kleine gebruikers enigszins beperkt. De tegensteunen van passieve exoskeletten kunnen soms oncomfortabel of zelfs pijnlijk zijn op de borst en boezem van vrouwelijke gebruikers.
 

Een mogelijke daling van het inspannings- en coördinatievermogen van de operator ? 

Een andere ongerustheid betreft het toepassen van rugbeschermende handelingen tijdens het hanteren van lasten. We kennen de moeilijkheden bij het aanleren van rugsparende technieken : rond de last gaan staan, de knieën gecontroleerd plooien, de natuurlijke kromming van de ruggengraat behouden. Die soelaas brengende gebaren moeten regelmatig worden geoefend om de soepelheid en coördinatie van de spieren en de spierkracht te behouden. Zulke lichaamstechnieken worden echter minder noodzakelijk wanneer een exoskelet wordt gebruikt. Wat zal er gebeuren met die vaardigheden wanneer de werknemer in zijn vrije tijd iets moet optillen zonder het beschermende effect van het exoskelet? Bij langdurig gebruik is misschien een verzwakking van de spieren mogelijk. Het evenwicht tussen de vermindering van de fysieke belasting (om het comfort te verbeteren) en het behoud van het vermogen om inspanningen te leveren is altijd moeilijk te vinden.
 

Schok- en valrisico

Een aspect om rekening mee te houden, is het risico op schokken of botsingen met voorwerpen of mensen in de omgeving. Het exoskelet is een uitwendig omhulsel dat meer plaats inneemt dan de gebruiker zelf. Gebruikers zijn zich daar niet altijd van bewust of zijn zo geconcentreerd bezig met hun taak dat ze het even vergeten. Botsingen zijn altijd mogelijk. Bovendien is de beschikbare plaats in sommige lokalen beperkt en met een zwaar exoskelet worden verplaatsingen moeilijker. En ook het risico dat de operator het evenwicht verliest en valt, mag niet worden onderschat. 

Afbeelding 16 - Exoskelet Power Assist Suit van Kawazaki	Afbeelding 17 - Exoskelet als ondersteuning bij het schuren van Lockheed Martin

Afbeelding 18 - Exoskelet Noonee Chairless	Afbeelding 19 - "Arque", een gerobotiseerde staart die het evenwicht vergemakkelijkt en die een tegengewicht vormt voor de belasting aan de voorkant

Aanpassing van de gebruikte tools

Wanneer de prestaties van de operator worden verbeterd en hij meer kracht kan ontwikkelen, dient er ook te worden nagegaan of de gebruikte tools die grotere kracht wel aankunnen. Dat geldt bijvoorbeeld voor slijp- en schuurmachines, die een grotere druk te verwerken zullen krijgen. Soms zal moeten worden gezorgd voor een versterking van de werktuigen. 
 

Een grotere mentale belasting

Naast die fysieke belasting vermelden sommige auteurs ook psychosociale en cognitieve problemen. Zo vereist het gebruik van een technologisch apparaat, hoe performant ook, een verhoogde aandacht. Er is een risico op fouten en de negatieve gevolgen ervan zijn groter. De botsing van een exoskelet tegen het meubilair of een machine beschadigt het exoskelet en het materiaal waarmee het in botsing kwam, om nog maar te zwijgen over de risico’s op het verwonden van collega’s. De voortdurende aandacht kan emotioneel verwarrend zijn voor sommige mensen.

Anderzijds is er de professionele bagage: de expertise die de werknemer in de loop van de jaren heeft vergaard om zijn inspanningen te doseren, de kwaliteit van het product aan te passen of zijn werk te organiseren. Dat alles wordt minder belangrijk of zelfs nutteloos met het gebruik van een exoskelet. En soms kan de blik van collega’s als afkeurend worden ervaren door de operator, die "lui" lijkt omdat hij een extern hulpmiddel gebruikt.

De bovenstaande bedenkingen over het gebruik van exoskeletten kunnen erg negatief lijken, maar we willen zeker het kind niet met het badwater weggooien, integendeel. Er is een mooie toekomst weggelegd voor de apparaten voor fysieke ondersteuning. Alleen dienen we ons bewust te zijn van de mogelijke risico’s bij ondoordacht gebruik.

Om te beginnen moet er vooraf worden nagedacht over de meest passende preventiemaatregel, op basis van de preventiehiërarchie, en vervolgens dient in het geval van de keuze van een exoskelet het meest geschikte model te worden gekozen...

Jean-Philippe Demaret
Preventieadviseur-ergonoom
Licentiaat kinesitherapie en lichamelijke opvoeding

Bibliografie 

• Atain Kouadio JJ., Theurel  J. 13 juni 2017. L’aire des exosquelettes : comment l’entreprise doit s’y préparer ? Forum régional sur la prévention des TMS de la Carsat Centre-Val de Loire
• Atain Kouadio JJ., Kerangueven L., Turpin-Legendre E. Décembre 2018. Acquisition et intégration d’un exosquelette en entreprise – Guide pour les préventeurs INRS ED 6315
• Atain Kouadio JJ., Sghaier A. Octobre 2017. Les robots et dispositifs d’assistance physique: état des lieux et enjeux pour la prévention. INRS NS 354
• de Looze M. P., Bosch T., Krause F., Stadler & Leonard K. S., O’Sullivan W. 2015. Exoskeletons for industrial application and their potential effects on physical work load, Ergonomics
• Theurel J., Claudon L., Octobre 2018. Exosquelettes au travail : impact sur la santé et la sécurité des opérateurs. INRS ed6311
• Theurel J., Desbrosses K., Roux T., Savescu A. – Physiological consequences of using an upper limb exoskeleton during manual handling tasks. Applied Ergonomics, 2018, 67, Supplement C, pp. 211-217
• Stephen Fox Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy, Espoo, Finland Olli Aranko Terveystalo, Helsinki, Finland, and Juhani Heilala and Päivi Vahala Teknologian Tutkimuskeskus VTT Oy, Espoo, Finland. Exoskeletons Comprehensive, comparative and critical analyses of their potential to improve manufacturing performance