Mitä exoskeletonit ovat?

Exoskeletonit ovat päälle puettavia mekaanisia laitteita (ulkoisia tukirankoja), jotka muistuttavat rakenteeltaan ihmisen raajoja, niveliä ja lihaksia. Niitä käytetään parantamaan suorituskykyä, antamaan tukea erilaisissa työskentelyasennoissa, avustamaan nostoissa, keventämään kuormitusta, vähentämään uupumusta, ohjaamaan ergonomiassa tai avustamaan kuntoutuksessa. Exoskeletonit eroavat erilaisista liikkumista rajoittavista tuista ja siteistä sillä, että ne mahdollistavat suurimmaksi osaksi ihmisen normaalin liikkumisen.
 
Ensimmäiset exoskeletonit on suunniteltu armeijan käyttöön, pääasiassa USA:ssa. Tämän jälkeen niitä on alettu hyödyntää terveydenhuoltoalalla kuntoutukseen sekä avustamaan alaraajoistaan halvaantuneita liikkumaan. Nyt exoskeletonit ovat siirtyneet muillekin aloille: teollisuuteen, kuljetus- ja liikennealalle sekä palvelualoille. Tämä tarjoaa paljon mahdollisuuksia uusien laitteiden ja tekniikoiden kehittämiseen sekä hyödyntämiseen.
 
Exoskeletoneita voidaan ajatella päälle puettavina robotteina, varsinkin teollisuudenaloilla, joissa ne kaventavat kuilua täysin manuaalisen työn ja teollisuusrobottien välillä työssä, joka on toistuvaa ja fyysisesti kuormittavaa. Puettavien robottien markkinoilla on paljon erilaisia ratkaisuja, joiden syntymiseen ovat vaikuttaneet vahvasti niitä tarjoavien yritysten taustat, esimerkiksi sotilasteknologiasta, terveydenhuollon ratkaisuista tai teollisuusroboteista.
 
Ensimmäisillä exoskeletoneilla oli paljon yhteistä, ne olivat tarkoitettu armeija- tai kuntoutuskäyttöön. Molemmissa tapauksissa laitteet olivat usein painavia ja jäykkiä ja koostuivat useista erilaisista osista, kuten vöistä, toimilaitteista ja tuista. Nämä laitteet usein rajoittivat käyttäjänsä luonnollisia liikeratoja ja liikkuminen vei paljon energiaa, mikä laski niiden käytettävyyttä ja tehokkuutta. Laitteiden käyttöenergiana toimivat usein erilaiset akkuratkaisut, jotka tuona aikana eivät olleet vielä yhtä tehokkaita ja kevyitä kuin nykyään.

Teknologioiden, kuten akkujen, toimilaitteiden ja materiaalien kehittyminen on laskenut hintoja sekä tuonut uusia ominaisuuksia exoskeletoneihin. Myös erilaisia komponentteja valmistavat yritykset ovat alkaneet tarjoamaan tuotteitaan, esim. sähkömoottoreita, juuri exoskeletoneita varten.
 
Tarjolla olevat exoskeletonit voitaisiin jakaa puettavuutensa, käyttövoimansa ja valmistusmateriaaliensa perusteella seuraavasti:

Puettavuus

Exoskeletonratkaisuja löytyy niin ylä- tai alavartalolle, käsiin sekä kokonaisuutena, joka kattaa koko kehon. Laitteita on monen muotoisia, osa voi kiinnittyä käyttäjänsä lantionseudulle, osa suoraan lattiaan, osa avustaa vain alavartaloa ja osa vain ylävartaloa tai sitten pelkkiä käsiä.

Lockheed Martin FORTISNoonee Chairless ChairStrongArm Technologies V22 ErgoSkeletonBioservo Technologies Ironhand
Lockheed Martin FORTIS. Kuvan lähde       Noonee Chairless Chair. Kuvan lähde                     StrongArm Technologies V22 ErgoSkeleton. Kuvan lähde     Bioservo Technologies Ironhand, hanska joka avustaa puristusvoimassa. Kuvan lähde

Käyttövoima

Suurin osa markkinoilla olevista exoskeletoneista käyttää energianlähteenään jonkinlaista akkua, josta saadaan virtaa avustamaan liikkeissä. Myös paineilmalla toimivia ratkaisuja löytyy. Seuraavissa kuvissa on esimerkkejä näillä ratkaisuilla toimivista laitteista.

Sarcos Robotics Guardian XORB3D HerculeCyberdyne HAL
Sarcos Robotics Guardian XO. Kuvan lähde             RB3D Hercule. Kuvan lähde                                                             Cyberdyne HAL. Kuvan lähde


Näiden lisäksi on olemassa myös niin sanottuja passiivisia exoskeletoneja, jotka avustavat käyttäjäänsä varastoimalla liike-energiaa tai käyttämällä erilaisia lukkiutuvia ratkaisuja. Meillä Arkealla käytössä oleva Laevon V2.5 on juurikin tällainen passiivinen exoskeleton. Myöhemmin blogissa tulemme esittelemään kyseistä laitetta tarkemmin. Seuraavissa kuvissa on esitetty passiivisia exoskeletoneja.

Ottobock PaexoLevitate Technologies AIRFRAMEsuitX MAX Exoskeleton SuitLaevo V2.5
Ottobock Paexo. Kuvan lähde                                                          Levitate Technologies AIRFRAME. Kuvan lähde                                  suitX MAX Exoskeleton Suit. Kuvan lähde                Laevo V2.5. Kuvan lähde

Valmistusmateriaali

Exoskeletonit voidaan jakaa jäykkiin ja pehmeisiin valmistusmateriaalinsa perusteella. Jäykät laitteet voivat aiheuttaa painonsa takia käyttäjälleen muskuloskeletaalista rasitusta ja väsymystä. Tästä johtuen on alettu kehittämään exoskeletoneita pehmeämmistä ja kevyemmistä materiaaleista. Nämä ratkaisut hyödyntävät energianlähteenään paine-ilmaa, liike-energiaa tai pneumaattisia lihaksia. Tällaisesta ratkaisusta on esimerkkinä aikaisemmin kuvassa näkynyt Bioservo Technologiesin Ironhand.


Mitä hyötyä exoskeletoneista on?

Aikaisemmin kirjoitin että exoskeletoneita käytetään mm. parantamaan suorituskykyä, antamaan tukea, avustamaan tai vähentämään uupumusta. Näistä syistä johtuen exoskeletoneiden hyötyjä ovat tuottavuuden ja työntehokkuuden parantuminen sekä työtapaturmien vähentyminen, mikä tuo yritykselle säästöä pienempinä työterveydenhuoltokuluina. Lisäksi laitteilla on mahdollisuus pidentää ikääntyvän henkilöstön mahdollisuuksia suorittaa täysi työura.

Lopuksi

Erilaisia valmistajia ja ratkaisuja siis löytyy jo kiitettävästi maailmalta. Mahdollisuuksia exoskeletoneiden hyödyntämiselle on paljon. ABI Researchin mukaan exoskeletoneiden kokonaismarkkinat ylittäisivät tällä hetkellä 2,6 miljoonaa kappaletta. Laitteet varmasti yleistyvät jatkuvasti. Toki tätä asiaa edistäisi se, että exoskeletoneista uutisoitaisiin enemmän, tutkimuksia niiden toimivuudesta julkaistaisiin, sekä ne yritykset, jotka niitä ovat ottaneet käyttöönsä, kertoisivat käytöstä. Esimerkiksi Hyundai, Ford, BMW, Audi sekä Lowe’s ovat kertoneet avoimesti käyttävänsä exoskeletoneja. Isompien esimerkkiä on usein helppo seurata. Myös teknologian kehittyminen ja laitteiden yleistyminen tuovat hintoja alas ja riski investoida pienenee. Useammat lähtevät varmasti liikkeelle ensin pilotoimalla ja testaamalla.

Aika tulee näyttämään miten exoskeleton-markkinat kehittyvät. Tässä oli pieni katsaus exoskeletonien maailmaan. Käsitellään myöhemmin meidän käytöstämme löytyvää Laevoa tarkemmin.

 

Aiemmat blogitekstit: