Что такое экзоскелет
Экзоскелет – это переносимое устройство, которое усиливает или облегчает движения, осанку и физическую активность человека. Он может снизить нагрузку на часто перегружаемые мышцы (например, поясницы или плеч) и уменьшить утомляемость. По принципу работы экзоскелеты делятся на активные (с электрическими или гидравлическими приводами) и пассивные (без моторов, на основе пружин и рычагов). Активные экзоскелеты сами генерируют силу, а пассивные просто перераспределяют и накапливают энергию движений пользователя. В промышленности и медицине экзоскелеты рассматриваются как средство повышения эргономики и защиты работников.
Семейство экзоскелетов MATE (Comau)
MATE (Muscular Aiding Tech Exoskeleton) – это линейка промышленных экзоскелетов, выпускаемых компанией Comau (итальянское подразделение Stellantis, лидер в области автоматизации) . Семейство MATE разработано для поддержки и разгрузки человеческого тела при тяжелой и повторяющейся работе. Устройства MATE создавались в сотрудничестве со специалистами (например, спин-оффом IUVO и компанией Össur) и с участием реальных предприятий (например, ритейлером Esselunga).
В составе семейства есть несколько моделей: пассивный «поясничный» экзоскелет MATE-XB для поддержки поясницы при подъеме грузов, пассивный «плечевой» экзоскелет MATE-XT для поддержки рук и плеч при работе над головой, а также его модернизированная версия MATE-XT 4.0 с датчиками и аккумулятором для сбора данных в реальном времени. Все модели MATE не требуют внешнего питания и работают на основе механических пружин и рычагов. Главная цель MATE – снизить мышечную нагрузку и усталость оператора, улучшить эргономику рабочего места и тем самым повысить качество и безопасность труда.
Принцип действия MATE COMAU
Экзоскелет MATE-XB разработан для поддержки поясницы при подъеме и переносе тяжестей. Его центральный механизм – Torque Generating Box – накапливает энергию в пружине при наклоне корпуса и возвращает её при разгибании спины. Таким образом, MATE-XB выдает вспомогательный момент, помогающий разгибать спину при подъеме грузов (до ~25 кг). Уровень поддержки можно регулировать (5 ступеней), а сам экзоскелет не ограничивает свободу движений и не препятствует ходьбе. В результате MATE-XB повторяет физиологическую траекторию движения туловища и снижает нагрузку на мышцы поясницы без использования моторов или батарей.
Экзоскелет MATE-XT предназначен для поддержки верхней части тела (плеч, рук) при работе с поднятыми руками. Он состоит из комплекта легких шарнирных элементов и пружин, которые создают вспомогательный момент при отведении рук. Помощь максимальна при подъеме рук на угол около 90° (при подъеме или удержании рук на уровне плеч), а при опускании рук момент уменьшается. Благодаря цепочке пассивных степеней свободы ось вращения экзоскелета точно совпадает с осью движения плечевого сустава пользователя, что обеспечивает естественное и комфортное движение без излишнего сопротивления. Пользователь может переключать 8 уровней поддержки для адаптации к задаче. Конструкция MATE-XT выполнена из углепластика и алюминия, весит около 3 кг (размер L) и полностью пассивна (не требует питания). Версия MATE-XT 4.0 дополнительно оснащена собственным аккумулятором, портом зарядки, светодиодными индикаторами и беспроводными датчиками. Это позволяет в реальном времени передавать данные о движениях и нагрузках пользователя в информационные системы предприятия.
Технические характеристики
- Конструкция: пассивный экзоскелет (без моторов и батарей). Большинство частей выполнено из легких материалов: углепластика (карбон), алюминия и прочных тканей.
- Вес: MATE-XB весит 4,1 кг (для размера L), MATE-XT 3 кг. Благодаря легкой конструкции общий вес невелик по сравнению с традиционными механическими системами.
- Материалы: рама и опоры сделаны из углепластиковых и алюминиевых элементов, контактные части – из дышащих гипоаллергенных текстильных материалов.
- Регулировки: Элементы экзоскелета регулируются под размеры пользователя. Например, диапазон роста – от ~1,60 м до 1,90 м; предусмотрена настройка длины плечевых и поясничных элементов, окружностей бедер и груди.
- Защита: Уровень защиты IP54 (пылевлагозащита); может эксплуатироваться при температуре от 0 до +45 °C. Корпус устойчив к пыли, брызгам воды и воздействию внешних условий (даже морских).
- Совместимость: MATE-XB и MATE-XT выпускаются в нескольких размерах и подходят для разных комплекций тела. В инструкции указаны допустимые антропометрические параметры (например, ширина таза 30–48 см, обхват бедра 35–80 см).
- Уровни помощи: MATE-XB – 5 ступеней поддержки спины, MATE-XT – 8 ступеней поддержки плеч. Настройка уровня помощи происходит с помощью ручки или рычажка на экзоскелете, без снятия с пользователя.
- Сертификация: Устройства сертифицированы по Директиве ЕС 2006/42/EC и учитывают стандарт ISO 13482 (безопасность робототехники), что подтверждает их безопасность и соответствие промышленным требованиям.
Области применения
Экзоскелеты MATE применяются в тех областях, где люди часто выполняют тяжелую или повторяющуюся ручную работу. Основные сферы и задачи:
- Логистика и склад: MATE-XB облегчает подъем и перенос коробок, паллет и иных грузов (склады, центры распределения, ритейл).
- Производство и промышленность: MATE-XT используется на сборочных конвейерах, в автомобилестроении и других секторах при длительном удержании рук над головой (сборка, окраска, монтаж).
- Строительство и монтаж: оба экзоскелета помогают в работах по установке элементов (например, навесные потолки, панели, балки) и в других операциях с нагрузкой на спину и плечи.
- Сфера услуг и клининг: исследование с мойщиками окон и потолков показало, что MATEXT снижает мышечную активность плечевых мышц до ~30% при выполнении потолочных работ. Пользователи отмечают значительное облегчение при таких «верхних» операциях.
- Сельское хозяйство и земледелие: MATE-XT пригоден для длительной работы руками на уровне плеч (например, сбор фруктов, ветвление растений).
- Другие отрасли: монтаж электрических щитов, роботизированная сборка, ремонтные работы – везде, где надо часто наклоняться или держать руки поднятыми.
Преимущества и ограничения
Преимущества:
- Снижение нагрузки: MATE-XB и MATE-XT существенно снижают мышечное напряжение спины и плеч при тяжелых операциях, что может предотвращать профзаболевания (МСД) и усталость.
- Пассивность и простота: Не требует питания и сложного обслуживания – нет аккумуляторов и моторов. Благодаря этому экзоскелет готов к работе «сразу из коробки» и экологичен.
- Легкость и эргономичность: Использование легких материалов и эргономичных креплений облегчает надевание/снятие и снижает дискомфорт. В статических и динамических тестах оценка удобства MATE-XT составила 5.5 из 7 по опроснику TAM/SUM , что говорит о высокой приемлемости для рабочих.
- Регулируемость: Уровень помощи можно менять без прерывания работы, подбирая оптимальный режим под текущую задачу. Конструкция подгоняется под разные размеры пользователей.
- Повышение производительности: Практические испытания (например, в Esselunga) показали, что при использовании MATE-XB операторы могут работать быстрее и эффективнее за счет уменьшения усталости .
Ограничения:
- Частичная поддержка: MATE не «поднимает» вес целиком – он лишь перераспределяет нагрузку. Пользователь по-прежнему ощущает часть веса груза. Устройство не делает человека «супер-рабочим» и не заменяет мышцы. Оно рассчитано на помощь, а не полную компенсацию силы тяжести.
- Конструктивные пределы: Максимальная нагрузка для MATE-XB примерно 25 кг. Если груз тяжелее, экзоскелет сможет лишь частично помочь. MATE-XT оптимален для углов подъема рук около 90°; при других положениях плеч эффективность поддержки снижается.
- Диапазон размеров: Экзоскелет рассчитан на рост 160–190 см. Людям за пределами этого диапазона могут не подойти стандартные фиксаторы.
- Ситуация сидя: Хотя MATE-XB допускает работу сидя (при наличии места между устройством и стулом), при долгом сидении рекомендуется снимать экзоскелет. Постоянное ношение без движений корпуса может вызывать дискомфорт.
- Вес конструкции: Хотя вес невелик для экзоскелета, он составляет несколько килограммов (3–4 кг) и сам добавляет нагрузку. Это может быть ощутимо при длительном использовании.
Сравнение с аналогами
| Comau MATEXT | руки/плечи | пассивный | 3,0 (L) | |
| Laevo V2.6 | поясница | пассивный | 2,5–4,0 | |
| Skelex 360- XFR | руки/плечи | пассивный | ||
| Hilti EXO-O1 (Paexo) | руки/плечи | пассивный | – (несов.) | снижает нагрузку на плечи до |
В таблице показано, что MATE схож с другими пассивными экзоскелетами: например, Laevo – поясничный экзоскелет с пружинами (вес 2,5–4 кг), Skelex 360 – для плеч (вес ~2,3 кг). В отличие от них, MATE-XB и MATE-XT произведены Comau и имеют более крупные компоненты (чтобы выдерживать до 25 кг). Активные экзоскелеты (такие как Hilti EXO-O1 или Ottobock Paexo) используют внешние приводы или тросы и могут давать сходный уровень поддержки плечам (40–47% снижения нагрузки), но они сложнее по устройству и требуют питания.
Отзывы пользователей и экспертов
К настоящему времени проведены пилотные испытания и опубликованы оценки работы MATE. Например, совместное исследование Comau/IUVO показало, что использование MATE-XT при мойке окон и потолков снизило активность плечевых мышц до 30%. Удобство и полезность экзоскелета получили высокие оценки: субъективная оценка удобства (по TAM/SUM) составила 5.5 из 7. В пользовательских опросах отмечают облегчение при выполнении наклонов и поднятия грузов. Партнеры-практики (например, ритейлер Esselunga) подтверждают эффективность MATE-XB: по их данным при использовании экзоскелета значительно уменьшилась утомляемость персонала. Обзоры специалистов также положительны: технологический блог Cool Material подчеркивает, что MATE «повторяет динамику плечевого движения, снижая усталость» и отмечает его компактность и простоту надевания. Обозреватели Ergonoma выделяют 8 уровней помощи, дышащие материалы и широкий диапазон применения MATE-XT.
Источники: официальная информация Comau (пресс-релизы и документация), специализированные обзоры и исследования, а также сведения о конкурирующих решениях. Эти данные позволяют сделать вывод, что экзоскелеты MATE эффективны для своих задач, однако требуют учета перечисленных ограничений при практическом применении
11 12 MATE-XB Exoskeleton — Comau
Ваш комментарий будет первым