Robo-Mate: dai compiti di raccolta al sollevamento di pesi pesanti
Nonostante l’automazione nell’industria europea sia in crescita, molti compiti richiedono ancora un intervento manuale. Questo ha un costo considerevole: la salute dei lavoratori. Solo in Europa 44 milioni di lavoratori soffrono di disturbi muscoloscheletrici (DMS) professionali e questo non solo ha conseguenze per la loro vita quotidiana, ma costa all’Europa il 3 % del suo PIL. Se si ponesse il problema a uno scenografo di grandi successi di Hollywood, probabilmente direbbe che la soluzione è ovvia: se gli operai devono spostare oggetti pesanti senza sforzo, ci vuole un esoscheletro. E per quanto possa sembrare fantascientifico, i ricercatori di 12 organizzazioni europee sarebbero in realtà d’accordo. Insieme queste organizzazioni, tra cui l’Università di Scienze applicate di Zurigo, ITT, e Ropardo, hanno dato vita al progetto ROBO-MATE (Intelligent exoskeleton based on human-robot interaction for manipulation of heavy goods in Europe’s factories of the future) con un obiettivo: costruire un esoscheletro intelligente, facile da manovrare e indossabile per i lavori manuali. “Abbiamo avuto lunghe discussioni con gli utenti finali e sessioni interne di brainstorming che ci hanno aiutato a trovare o escludere diversi concetti,” spiega il dott. Konrad Stadler, coordinatore del progetto per l’Università di scienze applicate di Zurigo. “Alla fine, abbiamo deciso a favore del concetto che si adattava meglio alle esigenze degli utenti finali e che era allo stesso tempo attuabile in tre anni: un esoscheletro modulare e leggero per il sollevamento di oggetti di fino a 15 kg.” Un passo avanti La parola più importante qui è “modulare”. A differenza di qualsiasi altro concetto di esoscheletro industriale, Robo-Mate consiste in quattro diversi moduli che possono essere combinati o usati da soli come tecnologia di supporto, ovvero un modulo di tronco che applica una forza di sostegno ai fianchi e alla parte superiore del corpo dell’operaio, riducendo le forze di compressione nella parte bassa della schiena di fino al 25 %, un modulo di braccia passive che fornisce una portanza costante al braccio dell’operaio per gestire carichi costanti, un modulo di braccia attive che fornisce una portanza variabile per attività di sollevamento e posizionamento e un modulo di interfaccia essere umano-macchina per aiutare gli operai a interagire con l’esoscheletro o mostrare istruzioni di assemblaggio. “Robo-Mate ha due aspetti unici: uno è la costruzione del modulo di braccio passivo. A differenza di altre braccia passive, fornisce una portanza costante a prescindere da dove si trovano le mani dell’operaio e senza motori pesanti e batterie. Il secondo aspetto è il nostro concetto modulare: abbiamo visto che non c’è un approccio universale quando si tratta di maneggiare oggetti pesanti. Fornendo moduli diversi, permettiamo all’industria di selezionare il modulo o la combinazione di moduli migliori per svolgere un determinato compito,” spiega il dott. Stadler. Arrivare a questo punto non è stato facile. Altri concetti di esoscheletro erano già in uso da cinque o più anni quando il progetto ROBO-MATE ha iniziato e il team aveva a disposizione solo tre anni per batterli. “L’altro problema era ed è ancora il peso”, dice il dott. Stadler. “Perché l’esoscheletro sia facile da usare, deve essere leggero. L’attuale tecnologia di attuazione che soddisfa i requisiti rispetto alla velocità di movimento e al momento di sostegno risulta in sistemi troppo pesanti e ingombranti. Questo è stato un’enorme sfida che abbiamo superato con un disegno a parallelogramma sia per il modulo di braccia attive che per quello di braccia passive.” Attirare l’attenzione nel settore industriale A giudicare dall’interesse dei media e dell’industria verso il concetto, non è azzardato dire che il consorzio ha in mano una formula vincente. Il modulo per il tronco, le braccia passive e attive sono stati tutti testati approfonditamente presso il Centro Ricerche Fiat, COMPA e INDRA, e la dimostrazione finale del prototipo tenutasi a Sibiu, in Romania, ad agosto del 2016, ha attirato rappresentanti di oltre una dozzina di aziende. In totale, 70 aziende hanno già contattato il consorzio per esprimere il proprio interesse e tre sono attualmente in trattative con uno dei partner del progetto per noleggiare dei moduli per testarli. “I test condotti nei nostri laboratori, ci hanno aiutato a misurare l’attività muscolare e lo sforzo percepito con e senza l’esoscheletro,” ha detto il dott. Stadler. “Gli operai hanno testato anche i moduli in ambienti di produzione e abbiamo misurato i tempi di ciclo di specifici compiti e lo sforzo e la fruibilità percepiti.” I risultati di questi test mostrano che i moduli possono proteggere gli operai dal rischio di ferirsi e allo stesso tempo migliorare l’efficienza. Andare oltre: dal collaudo industriale al mercato Dopo la conclusione del progetto alla fine di novembre, i partner principali si stanno adesso concentrando sulla commercializzazione della loro tecnologia. Quattro dei partner hanno unito le forze con un produttore di esoscheletri e hanno fatto domanda per lo schema Fast Track to Innovation (FTI) per portare sul mercato il modulo per il tronco, mentre sei aziende del settore automobilistico, edilizio e manifatturiero parteciperanno agli ulteriori test che saranno condotti. Nel frattempo, altri due partner stanno esaminando una possibile candidatura per un altro finanziamento europeo. “Stiamo anche pensando a un’azienda start-up,” dice il dott. Stadler. “Nel complesso, pensiamo che il modulo di braccia passive possa essere commercializzato entro un anno, le braccia attive entro 2 o 3 anni e il modulo per il tronco entro 3 o 4 anni. Ma questo dipende molto dal successo delle nostre candidature per progetti di follow-up e da questa azienda start-up.”
Parole chiave
ROBO-MATE, DMS, disturbi muscoloscheletrici, esoscheletro, modulo, interfaccia essere umano-macchina, bracci passivi, prototipo
