Vähentääkö ulkoinen tukiranka fyysistä työkuormitusta?
Ulkoiset tukirangat eli eksoskeletonit tekevät tuloaan työelämän apuvälineiksi vähentämään liikuntaelimistöön kohdistuvaa kuormitusta. Tulevaisuudessa kohtaamme työntekijöitä, joilla on yllään robotin mieleen tuova apuväline.
Eksoskeletoneilla eli ulkoisilla tukirangoilla tarkoitetaan kehon ulkoisia päälle puettavia liikunta- ja tukielimistön toimintaa tukevia mekaanisia, hydraulisia ja sähkömekaanisia ratkaisuja. Eksoskeleton joko voimistaa käyttäjänsä liikkeitä, keventää kuormitusta tai mahdollistaa liikkumisen, jos käyttäjä on siihen kykenemätön. Eksoskeletoneita voidaan käyttää keventämään taakan kantamista, helpottamaan kuormittumista erilaisissa työtehtävissä ja -asennoissa tai lisäämään suorituskykyä, kuten liikkeen nopeutta, tarkkuutta tai voimantuottoa.
Eksoskeletoneita on monenlaisia
Eksoskeletonit voidaan jakaa niiden sijainnin perusteella kolmeen pääryhmään: alavartalon, ylävartalon ja kokovartalon eksoskeletoneihin. Ylävartalon eksoskeletoneissa käytetään yleensä kiinteitä mekaanisia rakenteita, joilla jaetaan uudelleen yläraajoihin ja vartaloon (esimerkiksi olkavarsiin, kyynärvarsiin, hartioihin ja alaselkään tai käteen/sormiin) kohdistuvia voimia. Alavartalon eksoskeletonit keventävät esimerkiksi kyykistyessä alavartaloon kohdistuvia voimia, jolloin tuki- ja liikuntaelimistöön kohdistuva kuormitus pienenee.
Eksoskeletonit luokitellaan toimintaperiaatteensa mukaan aktiivisiin ja passiivisiin. Aktiiviset tukirangat toimivat moottorien, hydraulisten tai pneumaattisten järjestelmien avulla. Passiiviset eksoskeletonit antavat fyysistä tukea kehon eri osille. Edistyneempien eksoskeletonien toiminta perustuu käyttäjän liike-energian varastoimiseen jousi- ja nivelrakenteisiin, ja energian vapauttamiseen työasentojen tukemiseen tai raskaiden taakkojen nostamiseen.
Eksoskeletonien tutkimus
Eksoskeletonien tutkimuksen historia alkoi laitteiston teknisestä kehittämisestä, josta on siirrytty käyttäjien fyysisten vasteiden tutkimukseen. Suomessa Työterveyslaitos on tutkinut viimeisen viiden vuoden aikana eksoskeletonien mahdollista työtä keventävää vaikutusta useissa eri ammateissa. Tulokset ovat olleet sekä positiivisia että negatiivisia.
Autenttisissa rakennusteollisuuden työtehtävissä havaittiin, että yläraajojen ulkoinen tukiranka kevensi kädet koholla tehtävää työtä sekä lihaksiston että hengitys- ja verenkiertoelimistön osalta. Eksoskeletonin käyttö vähensi lihaksiston kokonaiskuormitusta jopa 20 %. Erityisesti hyöty ilmeni työperäisille vaivoille alttiilla olkanivelen alueella, sillä eksoskeletonin käyttö vähensi olkapään lihaksiston kuormittuneisuutta peräti 49 prosenttia. Tulosten mukaan ainoa haittatekijä eksoskeletonin käytöstä oli apuvälineen painosta johtuva yläselän jäykkyyden lievä kasvu.
Nosto- ja logistiikkatyössä havaittiin selän eksoskeletonin käytön pienentävän lihaksiston kuormittuneisuutta vain vähän ja osassa lihaksia jopa lisäävän kuormittuneisuutta. Osaltaan ristiriitaisia tuloksia selittää työn luonne, jossa eteenpäin kumartuneita ja/tai kyykistyneitä asentoja ei esiintynyt siinä määrin, että laitteesta olisi voinut olettaa olevan hyötyä. Lisäksi laitteen säätömahdollisuus, puettavuus ja käytettävyys oli rajallista.
Hoitotyössä käytetty kevyempi, elastisista materiaaleista valmistettu selän eksoskeleton osoittautui hyödylliseksi. Eksoskeleton vähensi mitattua lihaskuormitusta erityisesti alaselässä 20 ja etureidessä 18 prosenttia.
Eksoskeletonien käyttöä harkittava tapauskohtaisesti
Käytännön työelämässä tehtyjen tutkimusten perusteella on selvää, että eksoskeletonia on syytä käyttää apuvälineenä vain sille soveltuvissa työtehtävissä. Käyttöä suositellaan vain tarveperusteisesti, sitä ei kannata käyttää "varmuuden vuoksi". Työpaikoille eksoskeletonien käyttömalliksi suositellaan työtehtävä-/työpistekohtaista käyttöä yksilökohtaisen käytön sijaan. On syytä muistaa, että eksoskeleton on tarkoitettu työtä keventäväksi apuvälineeksi kuormitushuippujen tasaamiseksi. Sen avulla ei ole tarkoitus lisätä työntekijän suorituskykyä tai mahdollistaa raskaamman työn tekemistä.
Mitä tulevaisuudessa?
Eksoskeletonien kehitys jatkuu nopeana. Niiden ominaisuudet käytettävyyden, puettavuuden ja työtehtäviin soveltuvuuden osalta paranevat jatkuvasti, ja niiden käyttö työelämässä tulee todennäköisesti lisääntymään. Tulevaisuudessa on tarpeen edistää työpaikkojen valmiuksia ottaa käyttöön kyseisiä apuvälineitä esimerkiksi erilaisten käyttöönottomallien avulla. Lisäksi on syytä ottaa huomioon työyhteisön toimintakulttuuri, jotta eksoskeletonit hyväksyttäisiin hyödyllisenä osana työkuormitusta keventämässä.
Tutkimuksellisesti tietoa puuttuu eksoskeletonien pitkäaikaisen käytön vaikutuksista tuki- ja liikuntaelinvaivojen riskin pienentämiseksi tai niiden mahdollisista haittatekijöistä. Lisäksi aktiivisten eksoskeletonien tutkimus työelämäkontekstissa puuttuu täysin. Jotta eksoskeletonien täysi potentiaali työterveyden edistämiseksi saadaan selville ja käyttöön, on niiden tutkimusta lisättävä.
Suositukset työterveyshuollolle ja työsuojeluorganisaatiolle
- Eksoskeletonin käyttöönoton yhteydessä on syytä kiinnittää huomiota työn turvallisuusnäkökohtiin, laite voi esimerkiksi aiheuttaa takertumisriskin.
- Eksoskeletonin käyttöön liittyvä riskinarviointi suositellaan tehtäväksi jokaisessa työpaikassa ennen apuvälineen käytön aloittamista.
- Eksoskeletonin käyttömahdollisuus kuormituksen keventämisessä on hyvä tiedostaa, kun tehdään kohdennettuja työpaikkaselvityksiä.
LitT, dosentti, johtava tutkija
Työterveyslaitos, Työkyky ja työurat
juha.oksa@ttl.fi
Satu Mänttäri
FT, dosentti, johtava tutkija
Työterveyslaitos, Työkyky ja työurat
satu.manttari@ttl.fi
Kirjallisuutta
- Mänttäri S, Halonen J, Karkulehto J, Säynäjäkangas P, Rauttola A-P, Oksa J (2023) Effects of exoskeleton on muscle activity in tasks requiring arm elevation: Part I – Experiments in controlled laboratory setting. WORK. In press.
- Mänttäri S, Rauttola A-P, Halonen J, Karkulehto J, Säynäjäkangas P, Oksa J (2023) Effects of upper-limb exoskeleton on muscle strain in tasks requiring arm elevation: Part II – In-field experiments in construction industry settings. WORK. In press.
- Oksa J, Rauttola A-P, Karkulehto J, Säynäjäkangas P, Karppinen J, Halonen J, Mänttäri S. 2022. Nostotyön keventäminen ulkoisen tukirangan avulla. Tietoa työstä, Työterveyslaitos. ISBN 978-952-391-055-3.
- Mänttäri S, Halonen J, Karkulehto J, Rauttola A-P, Säynäjäkangas P, Oksa J (2021) Kädet koholla työskentelyn keventäminen ulkoisen tukirangan avulla. Tietoa työstä, Työterveyslaitos. ISBN 978-952-261-985-3.