Evaluación de exoesqueletos laborales

Los trastornos musculoesqueléticos del miembro superior (TMEs) en puestos de trabajo vinculados a la fabricación, representan más del 30% de las lesiones que requieren de días de baja. Ante esta situación, las empresas invierten cada vez más en investigar técnicas de mejora de las condiciones de los trabajadores, con la misión de reducir al máximo los riesgos de lesión.

Los exoesqueletos se están introduciendo en numerosas industrias, sobre todo en aquellas que requieren el levantamiento de cargas pesadas en entornos mecánicos. El objetivo: mejorar el rendimiento del trabajador y construir un entorno de trabajo ergonómicamente más seguro.

Este es el caso de Ford, que confío en IBV una investigación dirigida a validar el uso de los exoesqueletos industriales por parte de los trabajadores, para determinar así el alcance de su posible aplicación en fábrica.

Aunque la industria automovilística ha experimentado una importante automatización de procesos, siguen existiendo puestos de trabajo que implican tareas repetitivas y/o manipulación de cargas, en ocasiones con actividades que se realizan en alturas superiores al hombro del trabajador.

Estos esfuerzos realizados en distintos puestos de trabajo en fábrica, pueden acarrear disconfort y dolor en cuello y hombros, pudiendo ser agravados cuando existe una continua manipulación de pesos.

En los últimos años, los exoesqueletos pasivos se han ido incorporando en la industria como elemento de ayuda para los operarios, con el objetivo reducir el disconfort y las lesiones musculoesqueléticas.

En la investigación presentada en este artículo, el Instituto de Biomecánica (IBV) ha desarrollado un completo análisis de la actividad muscular, los rangos de aceptación ergonómicos y la captura de movimientos dentro de una línea de montaje real en la planta de Ford en Valencia. Gracias a la tecnología de IBV, se evaluó el efecto del uso de un exoesqueleto de miembro superior en la carga muscular y en las posturas de las personas trabajadoras.

Se trata de dispositivos mecánicos diseñados para apoyar o mejorar la anatomía humana, desde trajes completos hasta funciones específicas para una extremidad. 

Al llevar un exoesqueleto laboral, los trabajadores disfrutan de beneficios potenciales como una menor fatiga muscular y la posibilidad de reducir las lesiones repetitivas relacionadas con el esfuerzo. Pero como toda tecnología mecánica, los riesgos y beneficios deben evaluarse previa aplicación real.

Existe un amplio abanico de modelos: aquellos de carga lumbar, de soporte para miembro inferior (chairless chair), y dispositivos de miembro superior, que descargan tensión en hombros y brazos.

No obstante, hasta el momento no se ha descrito fehacientemente el impacto de estos sistemas en los puestos de trabajo, por lo que es importante realizar evaluaciones frecuentes para valorar tanto sus beneficios, como los posibles efectos indeseados que producen estos dispositivos en las personas usuarias.

• Participaron 12 trabajadores, 6 de ellos eran usuarios del exoesqueleto para trabajar (exos) y 6 de ellos no (noexos), constituyendo los casos de control.
• Las medidas se llevaron a cabo en 4 estaciones de trabajo, todas ellas relativas a tareas que implicaban el uso de herramientas por encima de la cabeza.
• Para la captura de movimiento se utilizaron nueve sensores inerciales colocados en puntos estratégicos para la monitorización de articulaciones y partes del cuerpo de interés
• Se evaluó la carga muscular con electromiografía de superficie (EMG) en estos músculos: cara anterior del deltoides, trapecio, dorsal y erector espinal. Los dos primeros por ser los que podrían ver reducida su actividad y, los dos últimos, por la posibilidad de encontrar efectos adversos por aumentar su actividad.
• Con las medidas concretas obtenidas mediante EMG se desarrolló un modelo biomecánico que permitió, a partir de la introducción de los datos de movimiento y medidas antropométricas de los participantes, realizar simulaciones de las que extraer información no medida de forma directa.

Hay que tener en cuenta que este análisis biomecánico se puede realizar con Kinemov/IBV, ya que que sincroniza las señales de EMG y de los sensores inerciales y propone los modelos biomecánicos más adecuados para el objetivo del estudio. 

“Uno de nuestros objetivos era poder crear un modelo biomecánico de los trabajadores que realizan las actividades obteniendo información de los músculos del usuario con un mayor análisis también del movimiento. Utilizamos Xsens para el análisis cinemático”.

Juanma Belda Lois, Senior Researcher IBV

• Se evaluó el exoesqueleto AIRFRAMETM  de la empresa Levitate, que incorpora un sistema de muelles con dos soportes para los brazos. Se activa gradualmente cuando se levantan los brazos (ayudando cuando las manos se sitúan por encima de la cabeza), y reduce su resistencia progresivamente al bajarlos.
• Finalmente, tras la realización de las pruebas con el exoesqueleto, los participantes completaron un cuestionario para conocer su experiencia respecto a si les facilitaba el trabajo y reducían la fatiga muscular.

1. En cuanto a los niveles de activación muscular, el exoesqueleto industrial reduce un 34% la actividad media del deltoides, y un 18% la del trapecio. Estos resultados podrían conducir a una reducción de la fatiga, del disconfort y de riesgos relacionados con actividades repetitivas.

2. En cuanto a los músculos potencialmente perjudicados por el exoesqueleto (el dorsal y el erector espinal) no se observaron diferencias significativas en cuanto a su activación.

3. Respecto al análisis de movimientos:

• Se observaron diferencias en coordenadas de los ángulos articulares estudiados (reducciones en flexión lateral y rotación axial en la zona lumbar, y en la flexión lateral en el cuello). 
• Se apreció una reducción de la rotación interna-externa del hombro izquierdo y un aumento en la pronación-supinación en el codo derecho. 
• Estas variaciones demostraron la ligera restricción que introduce el exoesqueleto en la espalda, y los ligeros cambios de estrategia en la realización de los movimientos que implican las tareas a llevar a cabo. Pese a ello, todas son menores de 5° y no suponen un efecto importante en términos de movilidad.

4. Los resultados de la encuesta mostraron que la sensación de confort aumenta y la sensación de fatiga disminuye con el uso de este dispositivo. Aunque, demandaron un rediseño del exoesqueleto industrial para ser más flexible y adaptado a la anatomía de los usuarios.