Exoesqueletos industriales: nuevos sistemas, tecnologías mejoradas, mayor adopción

Exoesqueletos industriales: nuevos sistemas, tecnologías mejoradas, mayor adopción


Exoesqueleto industrial

Exoesqueleto sin silla de Hyundai (H-CEX). (Crédito: Hyundai)

El sector del exoesqueleto continúa evolucionando y, en cierto sentido, ha comenzado a normalizarse. La prensa médica, comercial y técnica ha informado durante mucho tiempo sobre las tecnologías del exoesqueleto diseñadas para la rehabilitación médica y como ayudas de movilidad, a pesar de que el éxito comercial y la adopción a gran escala aún no se han logrado. Recientemente, sin embargo, los reportajes, junto con el enfoque de varios proveedores de exoesqueletos médicos, se han trasladado a un nuevo mercado de exo: exoesqueletos industriales.

Nota del autor: para este artículo, el significado del término «industrial» se ha ampliado para incluir tanto el sector industrial como el sector de servicios comerciales. Las empresas del sector industrial obtienen sus ingresos al proporcionar bienes, materiales y productos tangibles (es decir, manufactura, construcción, agricultura, minería, etc.). El sector de servicios comerciales está compuesto por empresas que obtienen ingresos principalmente al proporcionar productos y servicios intangibles (es decir, logística, transporte, venta minorista, atención médica, energía, etc.).

La razón de este swing es sencilla. Los exoesqueletos diseñados para soportar tareas de trabajo manual en entornos industriales ahora están disponibles comercialmente y se demuestran en el campo. Empresas importantes están probando sistemas, la investigación está en curso y recientemente se han introducido nuevas tecnologías habilitadoras específicamente diseñadas para el mercado de exo. Las cuestiones normativas y regulatorias relacionadas con el uso de exo en entornos industriales, aunque importantes, no son tan expansivas y complejas como las de sus contrapartes médicas, y la adquisición no depende del dinero del seguro o de fuentes de dinero blando como las subvenciones. Más importante aún, la propuesta de valor para el uso de exos para el trabajo industrial es sencilla y el ROI se calcula fácilmente.

Robots portátiles

«Exoesqueletos industriales» es el nombre colectivo dado a los dispositivos mecánicos usados ​​por los trabajadores, cuya construcción refleja la estructura de las extremidades, articulaciones y músculos del operador, funciona en conjunto con ellos y se utiliza como un amplificador de capacidades, o como fatiga y tensión. reductor El soporte del peso corporal, la asistencia de elevación, el mantenimiento de la carga, la corrección de posicionamiento y la estabilización del cuerpo son capacidades comunes de los exoesqueletos industriales.

Es útil pensar en los exoesqueletos industriales como robots portátiles que explotan la inteligencia de los operadores humanos y la fuerza y ​​resistencia de los robots industriales. Al igual que los robots tradicionales, abordan tareas, especialmente tareas repetitivas que no pueden automatizarse utilizando métodos tradicionales, que son físicamente exigentes. En este sentido, la tecnología del exoesqueleto se puede ver como una solución de puente entre los extremos del trabajo totalmente manual y aquellas tareas que demandan robots industriales típicos.

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Guardian XO de Sarcos Robotics. (Crédito: Sarcos Robotics)

El mercado de la robótica portátil todavía está en su infancia, pero ya existe una serie de empresas que ofrecen soluciones exo convincentes. Todos los productos son usados ​​por operadores humanos, pero las soluciones en sí mismas pueden diferir considerablemente según el uso previsto y las tecnologías de soporte. La diversidad de soluciones comerciales de exoesqueleto disponibles en la actualidad también es un reflejo de los amplios antecedentes y las fortalezas históricas centrales de los proveedores de tecnologías de exoesqueleto. Al más alto nivel, las soluciones se pueden distinguir de acuerdo con su factor de forma, requisitos de potencia y material de construcción:

Brazos, parte superior e inferior del cuerpo: Los sistemas Exo vienen en muchas formas, incluidos los sistemas que se adhieren a la cadera y que el exo lleva el peso al piso, como el FORTIS de Lockheed Martin o la silla sin silla de Noonee que se fijan en su lugar y actúan como un asiento cuando es necesario. Otros, como el FLX ErgoSkeleton de StrongArm Technologies, son sistemas de la parte superior del cuerpo, mientras que otros ayudan a las manos a agarrarse (Bioservo Technologies ‘Ironhand, por ejemplo).

Alimentado y sin poder: La mayoría de las soluciones comerciales de exoesqueleto hacen uso de algún tipo de batería para impulsar la actuación y la asistencia, aunque algunos utilizan soluciones de energía no tradicionales como el aire comprimido. Los ejemplos de exoesqueletos impulsados ​​por la clase comercial incluyen el ARM de asistencia eléctrica de ATOUN, el traje muscular de Innophys, el HAL de Cyberdyne para apoyo laboral, el HERCULE de RB3D, el Guardian XO de Sarcos Robotics y la silla sin silla de Noonee.

A diferencia de los exoesqueletos motorizados, los exos no pasivos o «pasivos» aumentan la fuerza y ​​proporcionan estabilidad mediante una combinación de mecanismos de flexión / extensión y bloqueo guiados por humanos. Los exos sin poder para uso comercial e industrial incluyen Paexo de Ottobock, AIRFRAME de Levitate Technologies, Traje de exoesqueleto MAX de suitX, FLX ErgoSkeleton de StrongArm Technologies, Laevo’s Laevo y Lockheed Martin’s Fortis.

Rígido y blando: El exo rígido puede producir estrés musculoesquelético y fatiga debido a su peso, así como al movimiento no natural o restringido del traje. Como resultado, varias compañías están desarrollando nuevos tipos de exoesqueletos blandos hechos de materiales suaves, livianos y conformes. Los sistemas mismos funcionan con actuadores de músculos blandos o aire comprimido, o utilizan mecanismos de flexión / extensión. Los guantes Iron Assist y Power Assist Industry de Bioservo Technologies sirven como ejemplos. De manera similar a los sistemas de exoesqueleto de primera generación, los grupos que desarrollan sistemas de exo blandos para aplicaciones militares e incluso de consumo, como la Universidad de Harvard y Seismic, respectivamente, seguramente apuntarán al sector industrial en algún momento.

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Ford compró 75 exoesqueletos EksoVest de Ekso Bionics para reducir las lesiones laborales. (Crédito: Ford)

Propuesta de valor de exoesqueletos industriales

Los beneficios comerciales de los exoesqueletos comerciales / industriales son intuitivamente obvios y algunos se cuantifican fácilmente. Incluyen una mayor eficiencia y una mayor productividad. En algunos casos, los exoesqueletos se pueden usar en lugar de robots industriales, lo que elimina la necesidad de soluciones de automatización costosas y «completas». Los exoesqueletos también tienen el potencial de permitir que los trabajadores de más edad continúen realizando tareas de trabajo intensivo.

Hoy, sin embargo, la principal ventaja dada para usar exoesqueletos para el trabajo industrial, y el factor clave para la adopción, es disminuir el número de lesiones relacionadas con los trabajadores y, al hacerlo, reducir los costos de atención médica y discapacidad. Mejorar la salud de los trabajadores tiene el efecto tangencial de reducir la rotación de empleados, entre otros beneficios.

Adopción y prueba

El avance tecnológico en las tecnologías que permiten el exoesqueleto, junto con la creciente familiaridad de las empresas con el potencial del exos, han dado como resultado un mayor uso de las tecnologías de exoesqueletos en entornos industriales. En este momento, el sector de fabricación, en particular la fabricación de automóviles, junto con otras industrias que requieren un trabajo intensivo en mano de obra, como los campos de logística, venta minorista y construcción, son los principales adoptantes de tecnologías de exoesqueleto. En algunos casos, los sistemas exo se compran directamente, mientras que muchos proveedores permiten que los sistemas sean arrendados o disponibles como servicio.

Las tasas de adopción de exoesqueletos pueden ser difíciles de cuantificar con un alto grado de precisión. Como es común con otras tecnologías incipientes que ofrecen una ventaja competitiva significativa, los clientes de referencia a menudo no están dispuestos a hacer públicos sus casos de uso de exoesqueletos. Recientemente, sin embargo, varias grandes compañías internacionales se han presentado para describir abiertamente sus experiencias con exoesqueletos. Considera lo siguiente:

Hyundai: En octubre de 2018, Hyundai Motor Group anunció que comenzarían a probar su exoesqueleto Hyundai Vest (H-VEX), una tecnología exo que reduce la presión sobre el cuello y la espalda de los trabajadores, en una fábrica norteamericana de Hyundai-KIA. Esto sigue al comienzo de las pruebas en la misma planta a partir de agosto de 2017 del Exoesqueleto sin silla Hyundai (H-CEX), un dispositivo de sostenibilidad de la articulación de la rodilla que mantiene la posición sentada de los trabajadores. Según Hyundai, los sistemas H-CEX y H-VEX están diseñados para reducir lesiones y aumentar la eficiencia de los trabajadores.

Vado: Tras un programa piloto iniciado en noviembre de 2017 con el fabricante de exoesqueletos Ekso Bionics, Ford anunció en agosto de 2018 que la compañía presentaría 75 de los exoesqueletos de la parte superior del cuerpo de Ekso en 15 plantas automotrices de todo el mundo. Los representantes de Ford han declarado que el uso de los exoesqueletos de la parte superior del cuerpo, que ayuda a los empleados a realizar tareas generales, debería reducir la cantidad de lesiones por movimientos repetitivos.

BMW: La planta de ensamblaje de BMW en Carolina del Sur está empleando actualmente el exoesqueleto de la parte superior del cuerpo sin potencia AIRFRAME de Levitate Technologies. Los sistemas también se están probando en otras plantas de BMW. Los representantes de Levitate afirman que AIRFRAME exo reduce los niveles de esfuerzo hasta en un 80% para tareas que involucran movimientos repetitivos del brazo.

Lowe’s: En agosto de 2017, Lowe’s Innovation Lab (LIL), la rama de investigación interna del minorista de mejoras para el hogar de US $ 65 mil millones Lowe’s, comenzó a probar exoesqueletos sin electricidad, «exosuits» en el lenguaje de Lowe’s, en la tienda de la compañía en Christiansburg, VA. Los exosuits fueron desarrollados conjuntamente por LIL y el Laboratorio de Robótica Asistencial (ARL) de Virginia Tech. La prueba la lleva a cabo el personal de almacenamiento de Lowe’s, que utiliza el exos para levantar y mover objetos pesados ​​repetidamente.

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Unidad Exoesqueleto del motor maxon. (Crédito: motor maxon)

Habilitando tecnologías

Los avances en tecnologías habilitadoras, especialmente para actuadores, baterías y materiales avanzados, están reduciendo los costos y aumentando la funcionalidad de los exoesqueletos industriales, con una adopción más rápida y más amplia del resultado. Gran parte de la innovación está impulsada por tecnologías dirigidas al sector de la robótica, incluidas aquellas áreas donde la tecnología médica y la robótica se cruzan, como la rehabilitación robótica y los sistemas de calidad de vida.

Los acutadores rotativos FLA ligeros y sin escobillas de Harmonic Drive proporcionan un ejemplo, al igual que los rodamientos de polímero de igus que se usan en exo sin energía de Levitate Technologies. La necesidad continua por parte de los mercados de dispositivos médicos y robótica de tecnologías habilitadoras más pequeñas, más ligeras y más capaces está trabajando a favor de aquellos que actualmente desarrollan productos de exoesqueleto.

Los proveedores de tecnologías utilizadas en sistemas robóticos y dispositivos médicos también han lanzado al mercado tecnologías de componentes dirigidas específicamente a desarrolladores de exoesqueletos, o han promovido el marketing que enfatiza la idoneidad de los artículos en sus líneas de productos existentes para su uso en robots portátiles. Por ejemplo, el motor maxon introdujo recientemente una unidad de accionamiento de junta «Exoskeleton Drive» compacta y de bajo peso que consta de un motor de CC sin escobillas con rotor de inercia optimizado y codificadores de alta resolución.

Conclusión

Décadas de investigación en exoesqueletos, avances en tecnologías habilitadoras y una mayor inversión, junto con una propuesta de valor intuitiva y fácilmente demostrable, han dado como resultado un sector industrial de exoesqueletos en crecimiento. Los proyectos piloto y las pruebas han dado paso al trabajo diario. Nuevos productos continúan entrando en el mercado.

Sin embargo, el sector del exoesqueleto industrial todavía está en su naciente y la oportunidad de mercado es muy grande. Por ejemplo, ABI Research encuentra que el mercado actual total direccionable (TAM) para exoesqueletos industriales actualmente supera los 2.6 millones de unidades. Esta cifra eclipsa la cantidad de sistemas que las empresas han traído al mercado, o lo harán en el futuro previsible. El alcance de la oportunidad supera con creces incluso las proyecciones más optimistas en cuanto a lo que los proveedores pueden ofrecer.

La conclusión es obvia: el potencial de mercado para los exoesqueletos industriales es enorme, al igual que las recompensas para los proveedores de soluciones empresariales que pueden innovar agresivamente y llegar al mercado con soluciones viables que brinden valor comercial.



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