Ein neues Exoskelett zur Unterstützung von Arbeitern bei Wartungs- und Erneuerungsarbeiten an Eisenbahnen

Am Istituto Italiano di Tecnologia (Italienisches Institut für Technologie – IIT) wurde ein rückenstützendes Exoskelett entwickelt, um die Sicherheit und Bedingungen für Eisenbahnarbeiter bei der schweren manuellen Materialhandhabung bei Wartungs- und Erneuerungsarbeiten zu verbessern.

Der Prototyp mit dem Namen StreamEXO wurde im Rahmen einer sechsmonatigen Testkampagne in Italien in etwa 100 Stunden Nutzung durch 15 Personen validiert und zeigte eine Reduzierung des ergonomischen Risikos einer körperlichen Überlastung um 50 % und einer Muskelermüdung um 30 %. Das Exoskelett wurde kürzlich während einer Live-Demonstration mit Arbeitern, die StreamEXOs trugen, im Hafen von Tarragona in Spanien vorgestellt und ist bereit, einen Industrialisierungsprozess einzuleiten.

Das Exoskelett StreamEXO wurde im Rahmen des europäischen Projekts STREAM entwickelt, das von Christian Di Natali, Forscher am IIT, koordiniert wird – der ersten großen strategischen transnationalen Initiative, die darauf abzielt, Forschung und Innovation im Eisenbahnsektor zu fördern, um ihn wettbewerbsfähiger, effizienter und nachhaltiger zu machen.

Das STREAM-Projekt hat eine neue technologische Lösung aus der Industrie 5.0 eingeführt, bei der die Aktivitäten der Arbeitnehmer über das IoT mit tragbaren Technologien und verbesserten beruflichen Exoskeletten verbunden sind. STREAM hat das Exoskelett StreamEXO und einen vollautomatischen Bagger für die Durchführung von Aufgaben auf den Schienenbaustellen, wie dem Austausch von Schotter und Schwellen, entwickelt.

Am 8. Juni zeigten Forscher das Exoskelett und den automatischen Bagger auf einer Eisenbahnbaustelle und simulierten gleichzeitig die Zielaktivitäten des Projekts bei der Abschlussveranstaltung von STREAM in Tarragona, Spanien. An der Veranstaltung, die im Hafen von Tarragona stattfand, nahmen das Shift2Rail-Projektbüro und die Hafenbehörden teil.

Das STREAM-Exoskelett (StreamEXO) erzeugt Kräfte, die auf die Schultern und Beine verteilt werden, um den Rücken des Arbeiters bei Handhabungstätigkeiten wie dem Heben und Tragen schwerer Lasten zu stützen. Die Ergonomie des Geräts wurde so konzipiert, dass es den Komfort erhöht und völlig freie Bewegungen ermöglicht, wodurch eine perfekte Passform am Körper des Arbeiters bei der Ausführung dynamischer Tätigkeiten gewährleistet wird.

Das System verfügt über eine innovative Einheitslösung, die sowohl Robustheit als auch Leistung und ein leichtes Design (7 kg Gewicht mit einer Batterie mit 6 Stunden Autonomie) garantiert.

Das Gerät besteht aus einer mechanischen Struktur, einigen elektrischen Aktuatoren und einem elektronischen System, ergänzt durch spezifische Algorithmen, die Arbeiter bei Arbeitsaufgaben unterstützen, um das Verletzungsrisiko zu reduzieren. Dank der Steuerungsalgorithmen kann das Exoskelett daher die Bewegungen, die ein Mensch zur Bewältigung der unterschiedlichen Arbeitsintensität ausführt, interpretieren und automatisch Assistenzstrategien umsetzen. Arbeiter können StreamEXO vielseitig nutzen, auch beim Führen von Fahrzeugen oder beim Gehen in unebenem Gelände.

Die Vorteile des Exoskeletts wurden während einer sechsmonatigen experimentellen Kampagne bewertet, die von RFI und MERMEC STE spa auf Eisenbahnbaustellen durchgeführt wurde, einschließlich einer letzten Phase in der Nähe von Mailand. Die Kampagne umfasste mehrere Labortests und eine Validierung vor Ort mit Eisenbahnarbeitern.

An der Abschlussdemonstration waren 15 Arbeiter beteiligt, die etwa 100 Stunden lang bei realen Arbeitsaktivitäten auf Eisenbahngeländen im Einsatz waren. Sie trugen StreamEXO zum Tragen und Positionieren von Betonrohren mit einem Gewicht zwischen 20 kg und 30 kg.

Die Ergebnisse zeigten eine 50-prozentige Reduzierung des ergonomischen Risikos einer körperlichen Überlastung des Bewegungsapparates, insbesondere im Lendenbereich. Die Ermüdung wurde um bis zu 30 % reduziert und auch die Muskelaktivität wurde um 25 % reduziert.

Die experimentelle Kampagne war von grundlegender Bedeutung, um einen fortgeschrittenen technologischen Reifegrad des Prototyps zu erreichen, der für die zukünftige Industrialisierung bereit ist. Das von IIT entwickelte Design des StreamEXO sollte eine komfortable Lösung für den Einsatz während der Arbeitsschichten für Arbeiter sein, die in der Schwerindustrie und im Bausektor, beispielsweise bei der Eisenbahn, beschäftigt sind.