Tero Kaarlela
Sakari Pieskä
Eksoskeletonit ovat ulkoisia tukirankoja, jotka tukevat käyttäjäänsä fyysisesti raskaissa tai muuten ergonomisesti huonoissa tehtävissä. Eksoskeletonit ovat useimmille meistä tuttuja elokuvista, kirjallisuudesta ja tietokonepeleistä: Ritarien ja samuraiden haarniskat ovat esimerkkejä varhaisimmista tunnetuista eksoskeletoneista. Haarniskat olivat raskaita kantaa, mutta vastapainoksi ne suojasivat usein käyttäjäänsä vakavalta vammalta. Sci-Fi-elokuvissa ja -peleissä eksoskeletonit ovat huomattavasti monipuolisempia ja suojaamisen lisäksi ne tehostavat käyttäjän fyysisiä ominaisuuksia. Usein sankarit saavat niiden avulla kyvyn lentää ja lähes rajattomat fyysiset voimat.
Viime vuosina markkinoille on ilmestynyt oikeita, arkisiin työtehtäviin soveltuvia eksoskeletoneja. Arkipäivän eksoskeletonit auttavat käyttäjäänsä jaksamaan fyysisesti raskaissa ja ergonomisesti huonoissa työtehtävissä. Minkälaisia tuotteita sitten on markkinoilla? Mihin tehtäviin ne soveltuvat? Miten hyvin tuotteet sopivat nykypäivän työpaikkojen ritarien ja samuraiden käyttöön? Päätimme ottaa asiasta selvää järjestämällä neljän päivän mittaisen eksoskeleton-työpajan yhteistyössä lähialueen yritysten ja eksoskeletonien toimittajien kanssa. Mukaan kokeilemaan lähtivät Pro Estore Oy, Eka-Sorvaus Oy, Champion Door Oy ja Betker Oy. Työpajoissa eksoskeletoneihin suhtauduttiin avoimesti ja innostuneesti. Tuotteiden soveltuvuutta erilaisiin työtehtäviin haluttiin kokeilla mahdollisimman monipuolisesti. Eksoskeletonit työpajaa varten lainasivat Meditas Oy, Exofinland sekä Hilti Finland Oy.
Eksoskeletonit ja cobotit teollisuudessa
Tuki- ja liikuntaelinten sairaudet ja niistä johtuvat työkyvyttömyydet aiheuttavat yhteiskunnalle vuosittain miljardiluokassa olevan laskun. Raskaiden taakkojen käsittely ja hankalat työasennot ovat usein niiden aiheuttajia teollisuudessa. Eksoskeletonien avulla voidaan ennaltaehkäistä kuormituksia ja niistä johtuvia terveyshaittoja. Eksoskeletonit mahdollistavat uusia tapoja tehdä työtä ja pysyä terveenä. Japet Ltd mainostaakin, että eksoskeletonit ovat puettavia lääkkeitä, joilla voidaan ylläpitää ja säilyttää työntekijän terveyttä (Japet 2021). Teollisuudessa eksoskeletoneja voidaan käyttää avustamaan työntekijää raskaissa työtehtävissä mm. tuotannossa, varastossa, logistiikassa ja rakentamisessa.
Eksoskeletonit voidaan jakaa passiivisiin ja aktiivisiin. Passiiviset eksoskeletonit ovat usein käyttökohteiltaan rajoittuneempia mutta keveämpiä, sillä niissä ei tarvita ulkoista virtalähdettä. Monipuolisemmat, akuilla varustetut aktiiviset eksoskeletonit luetaan usein cobotteihin eli yhteistyörobotteihin, jotka ovat kasvava trendi robotiikassa. Cobottien etuja perinteisiin teollisuusrobotteihin nähden ovat helppo ohjelmoitavuus ja joustava käyttö yhteistyössä ihmisten kanssa ilman turva-aitoja. Eksoskeletoneja käyttävät työntekijät voivat työskennellä joustavasti yhteistyössä cobottien ja osavalmisteita tai tuotteita kuljettavien mobiilirobottien kanssa (KUVA 1).
Hilti EXO-O1 on ylävartalon eksoskeleton (KUVA 2). EXO-01 on suunniteltu työtehtäviin, joissa työskennellään pääasiassa kädet kohotettuina, kuten sisäkattojen levytykseen ja ilmastointi- ja sähkötöihin. Kyseessä on passiivinen eksoskeleton, eli laitteen toiminta perustuu mekaniikkaan, EXO-01:n kohdalla jousiin ja vipuvarsiin. EXO-01:n lisävoimaa antavat jousimekanismit on sijoitettu käyttäjän selän taakse. Niistä voima välitetään vipuvarrella käyttäjän käsivarsiin. Laite tarjoaa monipuoliset säätömahdollisuudet käyttäjän pituuden ja halutun lisävoiman suhteen. Työpajassa laitetta kokeiltiin työkappaleiden käsittelyssä maalauslinjalla, tuotteiden nostossa varastohyllyyn ja hitsauskolvin käsittelyssä. Laitetta Suomessa edustaa Hilti Finland Oy.
Bioservo Ironhand™ on sormien puristusvoimaa lisäävä aktiivinen eksoskeleton (KUVA 3). Laitetta valmistetaan oikea- ja vasenkätisenä. Sen toiminta perustuu mekanisoituun työhansikkaaseen, joka yhdistyy vaijereilla käyttäjän selässä olevaan moottori- ja akkukokonaisuuteen. Hansikkaassa olevat sensorit tunnistavat, milloin käyttäjä puristaa työkalua sormillaan, ja moottorit tehostavat puristusotetta vaijerien välityksellä. Puristusvoimaa voi säätää portaattomasti laitteen ohjaimesta: maksimi puristusvoiman lisäys on 80 N. Sovelluskaupasta voi ladata myös Android- tai iOS-laitteelle IronConnect-sovelluksen, jolla Ironhandin asetuksia voi säätää sormikohtaisesti ja tallentaa profiileiksi eri työtehtäville. Käytännössä tämä huomattiin käteväksi ominaisuudeksi työtehtävissä, joissa haluttiin säilyttää herkkä tunto etusormessa. Esimerkiksi akkuporakoneen käytössä etusormella säädellään porauksen nopeutta, joten etusormen tehostus ei ole toivottua. Ironhand kuuluu Suomessa Meditas Oy:n tuotevalikoimaan. Ironhand herätti kaikkien työpajaan osallistuneiden mielenkiinnon. Käsityökalujen, kuten akkuporakoneen tai niittipyssyn, jatkuva puristaminen on arkipäivää useissa työtehtävissä ja käy pidemmän päälle raskaaksi sormille. Ironhand vähentää fyysistä kuormaa kyseisissä työtehtävissä.
Noonee Chairless Chair on tarkoitettu työtehtäviin, joissa kävely, seisominen ja istuminen vuorottelevat jatkuvasti. Tällaisia ovat esimerkiksi kokoonpano- ja asennustyöt. Chairless chair on puettava työtuoli, joka ehkäisee selälle haitallisia asentoja ohjaamalla käyttäjäänsä istumaan ryhdikkäästi (KUVA 4). Laitteessa on monipuoliset säädöt, ja sen vuoksi se soveltuu erikokoisille käyttäjille. Yrityksissä laitteesta pidettiin erityisesti sen vuoksi, että se mahdollistaa perinteisten työtuolien poistamisen työpisteiltä. Työtuolien poistaminen vapauttaa tilaa kokoonpanotiloista, helpottaa liikkumista ja parantaa työturvallisuutta. Chairless Chair havaittiin hyväksi CNC-koneen panostamisessa, kokoonpanotyössä ja tuotteiden keräilyssä varastolla. Meditas Oy on laitteen virallinen edustaja Suomessa.
Laevo exoskeletons toimii Hollannissa ja valmistaa alaselkää tukevaa passiivista eksoskeletonia (KUVA 5). Laevo auttaa työtehtävissä, joihin kuuluu nostamista, kurottelua ja eteenpäin kumartumista. Laevon teho perustuu voiman siirtämiseen mekaanisesti reisistä rintakehään. Työpajoissa Laevoa kokeiltiin erilaisissa varastotehtävissä ja yhteistyörobotin kanssa tapahtuvassa kokoonpanotyössä. Laevon pukeminen ja riisuminen on nopeaa pikalukituksien ansiosta. Laevo kuuluu Suomessa toimivan Exofinland Oy:n tuotevalikoimaan.
Auxivo Liftsuit edustaa työpajassa mukana olleiden eksoskeletonien kevyttä sarjaa (KUVA 6). Tuote painaa vain 0,9 kg ja on riittävän kevytrakenteinen puettavaksi työvaatteiden alle. Liftsuit tukee selkää työtehtävissä, joihin kuuluu nostoja tai kurottelua. Liftsuitiin tottuu pian, ja sitä voisi ajatella pitävänsä koko työpäivän ajan. Auxivo Liftsuit ei haittaa ajoneuvojen, kuten trukin, käyttöä. Liftsuitin olkaimissa on pikavapauttimet, joilla tuki on helppo poistaa käytöstä esimerkiksi kahvitauon ajaksi. Tuote kuuluu Suomessa Meditas Oy:n valikoimaan.
Eksoskeletonit ja cobotit sosiaali- ja terveysalalla
Hoitoalalla on paljon fyysisesti raskasta työtä, mutta eksoskeletoneja on käytetty kuitenkin terveydenhuollon sovelluksissa kohtuullisen vähän, vaikka ne ovat saaneet käyttökohteissaan positiivista palautetta (Pyke 2020). Hoitotyöhön sopivia eksoskeletoneja on ainakin Suomessa vielä vähän tarjolla, mutta ala on aktivoitumassa. Kesän ja syksyn 2021 aikana Satakunta DigiHealth -hanke ja Meditas Oy ovat yhteistyössä tehneet laajoja eksoskeletonien kokeiluja sekä kotihoidossa että palveluasumisyksiköissä (Holappa 2021). Porin kaupunki on jo hankkinut pukuja lähihoitajien työn keventämiseen. Eksoskeletonien hyödyntämistä tutkitaan Suomessa myös useissa muissa hankkeissa (mm. Centrian RoboSote-hanke) ja aiheesta on tekeillä myös väitöskirjatyö (Rosvall 2021). Meditas Oy:n toimitusjohtajan Minna Laineen mukaan Auxivon LiftSuit (KUVA 6) on jo Euroopassa sairaaloiden henkilöstöjen kokeiluissa, ja sama on alkamassa myös Suomessa, eli Suomi on kehityksen kärkijoukoissa. LiftSuit sopii hoitotyöhön keveytensä, puettavuutensa (työvaatteiden alle tai päälle) sekä pesuominaisuutensa vuoksi.
Yhteistyörobotteihin luettavia mobiilirobotteja on ollut sairaalakäytössä Suomessa jo pian kymmenkunta vuotta helpottamassa hoitohenkilöstön työtä ja vähentämässä lisäarvoa tuottamatonta toimintaa. Mobiilirobotit osaavat navigoida joustavasti myös vanhemmissa sairaalarakennuksissa, ja ne voidaan ajastaa tekemään vuorokauden ympäri vakiokuljetuksia tai kertaluonteisia tehtäviä (Ekman 2018; Sweco 2020). Mobiilirobotteja voidaan käyttää sairaaloissa mm. ateriatoimitusten, lääkkeiden ja laboratorionäytteiden, välinehuollon tarvikkeiden, liinavaatteiden, roskien ja jätteiden kuljetuksiin. Mobiilirobotit voivat kantaa turvallisesti jopa satojen kilojen kuormia myös kaltevissa ja ahtaissa tiloissa. Mobiilirobottien kehittyneiden turvajärjestelmien vuoksi niitä voidaan käyttää myös samoissa tiloissa ihmisten kanssa, ja näin ne sopivat hyvin yhteistyöhön eksoskeletonia käyttävän työntekijän kanssa (KUVA 1). Myös Centria on kokeillut RoboSol-hankkeessa mobiilirobotin käyttöä sairaalan logistiikkatehtävissä. Mobiilirobottien hintojen halpenemisen vuoksi niitä tulee lähivuosina käyttöön myös pienemmissä sote-alan hoitoyksiköissä ja jopa kotikäytössä.
Myös käsivarrellisia yhteistyörobotteja on ollut jo vuosia käytössä sote-alalla henkilöstön rutiinitehtävien ja fyysisesti vaarallisten tehtävien apuna. Esimerkiksi cobottialan suurimman toimijan Universal Robots -yrityksen cobotteja (David 2017) on paljon myös hoitoalalla ja niiden määrä on kasvanut koronapandemian aikana. Cobottien suurin etu perinteisiin teollisuusrobotteihin on se, että ne ovat helppokäyttöisiä eivätkä tarvitse kankeita turvajärjestelmiä ympärilleen. Sote-alalla nähdään jatkossa myös mobiili- ja yhteistyörobottien yhdistelmiä eli mobiilicobotteja ja niiden yhteistyötä eksoskeletoneja käyttävien henkilöiden kanssa.
Eksoskeletonien markkinat ja tulevaisuus
Eksoskeletonien markkinoiden arvioitiin kasvavan 46,2 %:n vuotuisella kasvuvauhdilla vuosina 2021–2026 ja saavuttavan 3,34 miljardin dollarin arvon vuonna 2026, kun sen arvioitiin olevan 499 miljoonaa dollaria vuonna 2021 (Markets & Markets 2021). Suurin vuotuinen kasvuvauhti on terveydenhuollossa, ja teollisuus tulee toisena. Suurin kasvuvauhti on Kiinassa, ja Japani ja Intia ovat seuraavia. Myös cobottien ja mobiilirobottien vuotuiset kasvuarviot lähivuosille ovat reilusti yli 30 % (IFR 2021).
Lähteet:
Ekman, M. 2018. Sairaalan käytävillä kulkevat robotit tekevät töitä 24/7 – ”Tulee niille tässä juteltua”. Yle 25.6.2018. Saatavissa: https://yle.fi/uutiset/3-10244241. Viitattu 28.1.2022.
David, P. 2017. Cobots – A Helping Hand to the Healthcare Industry. Universal robots 24.11.2017. Saatavissa: https://www.universal-robots.com/blog/cobots-a-helping-hand-to-the-healthcare-industry/. Viitattu 28.1.2022.
Holappa, N. 2021. Voimaliivistä kevennystä raskaisiin ja kuormittaviin työtehtäviin. Prizz.Uutiset 2/2021, 22–23. Saatavissa: https://issuu.com/prizztech/docs/prizz.uutiset_2_2021. Viitattu 28.1.2022.
IFR. 2021. International Federation of Robotics. Saatavissa: https://ifr.org/. Viitattu 28.1.2022.
Japet. 2021. Japet exoskeletons to regain balance and free the movements. Saatavissa: https://en.japet.eu/. Viitattu 28.1.2022.
Markets and Markets. 2021. Exoskeleton Market by Component (Hardware and Software), Type (Powered and Passive), Mobility (Stationary and Mobile), Body Part (Lower, Upper, and Full Body), Vertical (Healthcare, Defense, and Industrial), and Geography – Global Forecast to 2023. Saatavissa: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/exoskeleton-market-40697797.html?gclid=EAIaIQobChMIiunfiZO62QIVUgeGCh1oXwf3EAAYASAAEgLfWvD_BwE. Viitattu 28.1.2022.
Pyke, C. 2020. How a robot ’exoskeleton’ will help Hampshire care workers do their job. Saatavissa: https://www.hampshirelive.news/news/hampshire-news/how-robot-exoskeleton-help-hampshire-4349760. Viitattu 28.1.2022.
Rosvall, M. 2021. Voimaliivi auttaa hoitajaa raskaissa tehtävissä – työura voi katketa jo nuorena selkäkipuihin. YLE uutiset. Saatavissa: https://yle.fi/uutiset/3-11831625. Viitattu 28.1.2022.
Sweco Oy. 18.5.2020. Mobiilirobotit tehostavat kuljetuksia myös vanhoissa sairaaloissa. Saatavissa: https://www.sweco.fi/ajankohtaista/uutiset/mobiilirobotit-tehostavat-kuljetuksia-myos-vanhoissa-sairaaloissa/. Viitattu 28.1.2022.
Tero Kaarlela
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 040 487 7513
Sakari Pieskä
Tutkimusyliopettaja
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 044 449 2564
