Nell’ambito delle misure attivabili per incrementare il grado di tutela della sicurezza e della salute dei lavoratori si configura quale particolarmente interessante la messa a punto di dispositivi ad alto tasso di innovazione per la prevenzione degli infortuni in contesti particolarmente a rischio o in ordine a mansioni ad alta potenzialità di usura. Ad esempio in alcuni ambiti lavorativi può essere particolarmente vantaggioso l’ausilio degli esoscheletri, dispositivi indossabili che supportano le capacità fisiche dell’operatore – forza, agilità, velocità e potenza – riducendo notevolmente, o eliminando del tutto, gli effetti delle sollecitazioni muscolo-scheletriche. A beneficiarne potrebbero essere i circa cinque milioni di operatori che, secondo le informazioni estratte dalle banche dati Inail, svolgono abitualmente attività di movimentazione manuale di carichi in settori come l’edilizia, la logistica, la sanità. il manifatturiero, i servizi di pulizia, risultando quindi potenzialmente esposti a patologie e disturbi muscolo-scheletrici da sovraccarico biomeccanico, soprattutto della colonna vertebrale e delle spalle.

Che cos’è un esoscheletro

Quando si pensa all’esoscheletro la nostra immaginazione ci porta subito ad associarlo ad un dispositivo elettrico usato nel mondo fantascientifico del cinema: basta pensare a celebri film come Alien, Edge of Tomorrow, Avatar, Robocop, Elysium e molti altri. In realtà l’esoscheletro, dal greco exo (al di fuori) e skeletos (duro), non appartiene alla fantascienza ma ha già una lunga e concreta storia di sperimentazioni di dispositivi che aumentano le prestazioni fisiche, in particolar modo la forza umana, di per sé relativamente limitata.

Un esoscheletro è infatti una struttura indossabile che sostiene il corpo dall’esterno, pensata per incrementare le capacità fisiche dell’uomo e costituita da un insieme di articolazioni meccaniche o robotiche, in quest’ultimo caso controllate da un computer che ne coordina i movimenti. Grazie al continuo progresso tecnologico gli esoscheletri vengono realizzati con materiali sempre più leggeri, favorendone in tal modo la portabilità e l’utilizzo. Stiamo parlando dunque di un dispositivo capace di consentire un rilevante miglioramento della vita umana, soprattutto in riferimento a determinate mansioni lavorative che implicano carichi pesanti o movimenti potenzialmente in grado di deteriorare gli equilibri muscolo-scheletrici.

Breve storia dell’esoscheletro

Nel corso della storia l’uomo ha progettato vari tipi di esoscheletro, a partire da Leonardo Da Vinci, che alla fine del ‘400 ideò una struttura indossabile che permettesse di volare. I diversi tentativi che nel tempo si sono succeduti hanno visto raffinare progressivamente la progettualità ingegneristica ma si sono sempre scontrati con ostacoli tecnologici che solo il progresso più recente ha reso superabili. Si pensi ad esempio all’ingombro e al peso dei materiali utilizzati o alla complessità dei meccanismi cibernetici o robotici in grado di moltiplicare la forza umana. Come tante tra le più importanti invenzioni nella storia, il primo “vero” esoscheletro fu il frutto della ricerca per applicazioni militari e fu commissionato dal Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti nel 1965. Il prototipo, chiamato Hardiman, tramite un sistema idraulico permetteva di moltiplicare la forza di chi lo usava di 25 unità. Per esempio si riuscì a sollevare un carico di 110 kg facendo uno sforzo come se si sollevasse 4,5 kg. I difetti principali di questo esoscheletro erano il peso (680 kg) l’ingombro e la lentezza, oltre ad essere pericoloso per certi movimenti incontrollati e non previsti.

Esoscheletro ‘attivo’ e ‘passivo’

Pur nella complessità di un ambito di ricerca che promette futuri grandi sviluppi, si può oggi sostanzialmente suddividere il campo delle strutture di esoscheletro in 2 categorie:

1. Sono definiti ‘esoscheletri attivi’ quelli costituiti da una armatura automatizzata attivabile solo grazie ad una fonte energetica (batterie) che la alimenta. 
2. Gli ‘esoscheletri passivi’ invece non presentano batterie o componenti elettronici: si tratta di dispositivi puramente meccanici che accompagnano il gesto umano riducendo il costo metabolico di svolgimento di determinate attività. Questi esoscheletri, hanno il vantaggio di essere molto leggeri, economici e facilmente riprogettabili e rifinibili. Tale tecnologia, come le altre, è continuamente in fase di analisi e sviluppo, ma finora si sono raggiunti risultati soddisfacenti soprattutto nel campo della deambulazione.

Una ulteriore distinzione generale viene poi fatta per il tipo di sostegno che essi realizzano. Si possono distinguere allora:

• esoscheletri per la parte inferiore del corpo
• esoscheletri per la parte superiore del corpo
• esoscheletri total body. 

Lo sviluppo recente: l’esoscheletro nell’industria automobilistica

Inizialmente pensato soprattutto per utilizzi militari, l’esoscheletro ha negli ultimi anni conosciuto un notevole sviluppo ed uncrescente utilizzo nelle mansioni ripetitive dei lavoratori delle industrie, in particolare nei comparti ‘pesanti’ come quello automobilistico, dove gran parte dei lavori alla catena di montaggio avvengono appunto proprio a braccia alzate, su parti meccaniche che ‘pendono’ dall’alto, dunque con una sovra-estensione delle articolazioni. E nell’industria automobilistica la cosa ha già preso piede: si calcola siano infatti circa tremila, ad oggi, gli utilizzatori di questa tecnologia indossabile, che sostiene il braccio nei momenti di maggior sforzo muscolare. Da qui l’idea di sperimentare l’utilizzo degli esoscheletri in altri settori dei servizi che prevedono movimenti simili, quali i servizi professionali di sanificazione e pulizia.

L’esoscheletro nei servizi di cleaning professionale: il modello Mate

La mente corre infatti subito ad un ampio ventaglio di attività di cleaning anche pesanti, come i lavori in cui si devono tenere a lungo le braccia in alto, quali ad esempio la pulizia di vetrate o la deragnatura con bastoni telescopici. Alcuni modelli di esoscheletro passivo, come il ‘Mate’ realizzato da Comau, rappresentano un’interessante occasione di sperimentazione delle possibili applicazioni in settori diversi dall’industria automobilistica in cui sono nati. 
Non a caso Comau è un’azienda di automazione industriale e robotica appartenente al gruppo FCA (Fiat Chrysler Automobiles) e ha sviluppato il Mate collaborando conIuvo srl, spin-off della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa creata per lo sviluppo di tecnologie robotiche indossabili. 
Proprio il dispositivo Comau Mate è stato oggetto di una delle prime sperimentazioni analitiche nel settore del cleaning professionale, promossa da Coopservice. Il Mate è un esoscheletro passivo, indossabile in meno di un minuto, studiato per offrire supporto durante il lavoro ripetitivo degli operatori che svolgono azioni con le braccia tese in avanti o con le braccia in posizioni elevate, senza compromettere la piena libertà nei movimenti. Il dispositivo replica in maniera accurata i movimenti della spalla ed avvolge il corpo dell’operatore tramite il supporto posturale, risultando modulabile sia alle caratteristiche fisiche dell’utilizzatore sia secondo livelli crescenti di assistenza, grazie alle 5 diverse possibilità di configurazione.

La metodologia applicata nella sperimentazione

La ricerca analitica commissionata a Iuvo da Coopservice, denominata “Sperimentazione su piccola scala del dispositivo esoscheletrico Comau Mate per il supporto della spalla” e basata sui dati empirici raccolti attraverso il lavoro degli operatori, conferma l’attenzione e l’impegno di Coopservice per la ricerca e l’innovazione, in questo caso applicata alla tutela della salute e della sicurezza dei lavoratori. 
Svoltosi durante lo scorso mese di giugno il test ha coinvolto 5 operatori professionali impegnati nelle attività lavorative dei 2 settori in cui è articolata la linea Cleaning di Coopservice: le pulizie sanitarie e le pulizie civili e industriali. L’obiettivo dello studio è stato quello di riscontrare, mediante sessioni di prova di breve durata in situazioni realistiche, l’efficacia, l’usabilità nonché il gradimento del dispositivo, testato in attività tipiche e valutato attraverso rilevazioni elettromiografiche nonché con la somministrazione agli operatori di questionari di valutazione soggettiva. Le attività sono state misurate sia in condizioni di utilizzo del normale equipaggiamento (condizione ‘Free’) sia indossando l’esoscheletro (condizione ‘Mate’): per l’ambito sanitario è stato previsto l’intervento su vetrate alte con macchine lavavetri mentre per l’ambito civile si è simulata l’azione su vetrate alte e basse con asta telescopica, oltre al lavaggio e all’asciugatura manuale di vetri esterni e interni con spazzola e tergivetri.

In particolare il test elettromiografico si è concentrato sull’analisi del comportamento di un ristretto gruppo di muscoli maggiormente coinvolti nell’azione di elevazione della spalla e il cui monitoraggio è in grado di mostrare chiaramente l’efficacia dell’azione supportiva da parte dell’esoscheletro.

I risultati della sperimentazione

Dall’analisi dei dati elettromiografici acquisiti l’esoscheletro si è rivelato efficace nel ridurre significativamente i livelli di attivazione dei muscoli principalmente coinvolti nell’elevazione della spalla, necessari allo svolgimento dei principali compiti lavorativi tipici dei servizi identificati. Complessivamente, considerando tutti gli operatori e tutte le attività analizzate, il suo utilizzo durante lo svolgimento del compito lavorativo ha portato, in media rispetto alla normale condizione di lavoro, a una:

• riduzione dell’attività del Deltoide Anteriore del 25%
• riduzione del Deltoide Mediale del 20%
• riduzione del Pettorale del 7%. 

Comportamento più variabile è stato riscontrato nel caso di Deltoide Posteriore e Trapezio Superiore.

Per quanto riguarda la riduzione dello sforzo percepito, in ognuna delle attività studiate sono state riportate dagli operatori delle riduzioni di entità variabile; in ogni caso, è sempre stata riportata una riduzione, o al più una non variazione dello sforzo percepito. Infine gli indici di usabilità e gradimento (accettabilità) hanno superato, in tutti i casi, la soglia limite indicando un particolare apprezzamento da parte degli operatori verso l’utilizzo dell’esoscheletro nelle mansioni studiate.