Análise da confiabilidade e eficiência de exoesqueletos

Resumo

Objetivo: analisar a confiabilidade e a eficiência de dois modelos de exoesqueleto aplicados em atividades reais de uma linha de produção industrial.

Método: foram avaliadas 9 atividades, comparando a execução das tarefas com e sem os equipamentos. A análise considerou eletromiografia de superfície, frequência cardíaca, dinamometria e questionários de usabilidade.

Conclusão: os exoesqueletos podem auxiliar na redução de esforço muscular em atividades específicas, desde que sua aplicação seja validada por estudo ergonômico detalhado, treinamento e protocolo de uso.

Introdução

Cada vez mais, as indústrias buscam alternativas capazes de minimizar os efeitos de trabalhos repetitivos e esforços exagerados. Nesse cenário, soluções robóticas e dispositivos vestíveis ganham relevância como tecnologias de apoio à operação.

O exoesqueleto é um dispositivo aplicado à parte externa do corpo humano. Em geral, sua função é apoiar movimentos, ampliar capacidades funcionais ou melhorar a condição biomecânica durante uma tarefa.

Antes da aplicação, é indispensável estudar o posto de trabalho, as condições ambientais, a biomecânica, a cinesiologia e as dimensões corporais envolvidas. A tecnologia só deve entrar depois de compreendida a relação entre atividade, trabalhador e risco.

Finalidades dos exoesqueletos

Além do uso industrial, os exoesqueletos podem cumprir diferentes funções de apoio ao movimento humano.

• Apoiar o movimento quando a pessoa não possui força suficiente para se movimentar, como em situações de limitação física ou deficiência.
• Prevenir lesões em trabalhos repetitivos ou em tarefas que exigem esforço físico elevado.
• Impedir movimentos indesejados associados a condições neuromotoras.
• Apoiar processos de reabilitação de pessoas com deficiência física.
• Criar ambientes virtuais para teleoperação ou interações específicas.
• Viabilizar estudos e investigações biomecânicas das partes do corpo humano.

Material e métodos

O estudo ergonômico foi realizado em abril de 2019, em uma empresa de manufatura. Primeiro, houve visita técnica para levantamento das operações, análise dos projetos ergonômicos existentes e seleção das atividades que seriam estudadas.

Foram escolhidas 6 atividades para avaliação do exoesqueleto robótico de ombro e 3 atividades para avaliação do exoesqueleto elástico lombar. Todas foram observadas com os mesmos trabalhadores, com e sem o equipamento.

As atividades avaliadas incluíram aplicação de feltros anti-ruído, revisão de banco, extração de peças, limpeza manual, retirada de velcro, aplicação de produto antirruído e sacagem de peças.

Equipamentos avaliados

Mate 1.0 Shoulder: exoesqueleto para ombro, com data de fabricação em março de 2018. O equipamento permite flexão de braço de 30 a 120 graus e possui cinco tamanhos, com ajustes na coluna e sete níveis de torque.

Morita Rakunie: exoesqueleto elástico para coluna lombar, com componentes em nylon, poliuretano, poliéster e polipropileno. Os elásticos ficam na parte posterior da coxa e do tronco, enquanto a estrutura rígida apoia a região inferior dos joelhos e o quadril.

Medições e hipóteses

A frequência cardíaca foi medida com frequencímetro Garmin Forerunner 235 durante uma hora de atividade com e sem o equipamento. A classificação de risco cardiovascular foi baseada na norma espanhola UNE-EN 28996.

A eficiência neuromuscular foi avaliada por eletromiografia de superfície. Para força muscular, utilizou-se dinamômetro lombar, com três medidas de três segundos e intervalo de um minuto entre elas.

Resultados

O exoesqueleto de ombro Mate 1.0 apresentou eficiência estatística em 2 das 6 atividades avaliadas. Já o exoesqueleto lombar Morita Rakunie apresentou eficiência estatística em 1 das 3 atividades analisadas.

Discussão

O estudo ocorreu em situação real de trabalho, durante a operação normal, o que permitiu observar tanto a eficiência biomecânica quanto os limites de adaptação dos equipamentos.

Membro superior

O exoesqueleto de ombro teve melhor comportamento em atividades estáticas, nas quais o segmento do braço permanece elevado ou sustentado. Nessas situações, o apoio externo reduziu o peso percebido e facilitou a manutenção da postura.

Em atividades dinâmicas com movimentos descendentes, o equipamento pode gerar resistência ao movimento e aumentar o esforço. Quando a tarefa exige movimentos rápidos ou de grande amplitude, podem ocorrer pequenos travamentos, o que representa risco para espasmos protetores.

Tronco e biomecânica

O exoesqueleto lombar favoreceu a sustentação da postura neutra e o retorno do tronco após flexão. Essa condição mostrou-se útil em tarefas com peso e postura estática.

Por outro lado, em atividades com flexão exagerada ou movimento dinâmico do tronco, a haste protetora pode gerar resistência, atrito e desconforto. Por isso, nem toda tarefa com exigência física é automaticamente indicada para o uso do equipamento.

Esforço e organização

Mesmo com o peso adicional do dispositivo, houve redução de esforço muscular em tarefas selecionadas. A frequência cardíaca média com o exoesqueleto de ombro foi de 91 bpm, enquanto a comparação sem o equipamento atingiu 110 bpm.

No aspecto organizacional, o uso requer tempo de colocação e retirada, cuidado com espaço físico e planejamento de rotatividade. Em algumas situações, o trabalhador passa a ocupar mais espaço e pode alterar seu equilíbrio ou sua marcha.

Cognição e adaptação

O trabalhador precisa de treinamento para automatizar o uso do equipamento. Essa adaptação envolve um mapa mental da tarefa, percepção de limites, segurança na movimentação e reconhecimento de incômodos durante o trabalho.

Conclusão

Considerando o princípio da ergonomia, a adaptação deve partir do ambiente para o trabalhador. Exoesqueletos são recursos externos que podem ajudar a reduzir esforço muscular e mitigar riscos biomecânicos, mas não substituem a análise ergonômica da atividade.

Os resultados indicam que a eficiência depende da compatibilidade entre equipamento, tarefa, amplitude de movimento, velocidade, postura, treinamento e organização do trabalho.

Para obter efeito preventivo real, é necessário seguir um protocolo de aplicabilidade, validar cada atividade e acompanhar periodicamente os resultados no posto de trabalho.

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Anexo: protocolo de aplicabilidade

Para garantir segurança, conforto e desempenho, o uso de aparelhos preventivos como exoesqueletos deve seguir um protocolo aplicado ao campo. O protocolo considera usabilidade, eficiência na linha de produção e adaptação progressiva do trabalhador.

1. Primeiro passo: realizar estudo científico de cada atividade para verificar a confiabilidade da aplicação. Uma mesma tecnologia pode ser eficiente em uma tarefa e inadequada em outra.
2. Segundo passo: promover treinamento com profissional capacitado em ergonomia ou fisioterapia do trabalho.
   • Treinar técnicas de colocação do exoesqueleto conforme orientações do fabricante.
   • Medir o tempo de colocação e retirada para organizar a rotina da tarefa.
   • Realizar treinamento de marcha em velocidade normal e rápida para situações de evacuação.
   • Executar treinamento cinesiológico funcional em laboratório, sala separada e campo.
   • Manter período médio de treinamento de 15 dias, com evolução gradual de uma hora por dia.
3. Terceiro passo: criar processo de usabilidade para operação, segurança e comunicação.
   • Definir suporte para acomodar o equipamento quando não estiver em uso.
   • Treinar procedimento de segurança em evacuações de emergência.
   • Orientar o trabalhador a comunicar desconfortos, alterações de comportamento ou riscos percebidos.
4. Quarto passo: seguir rigorosamente o manual do fabricante, principalmente quanto à manutenção, para preservar vida útil e segurança.
5. Quinto passo: realizar avaliações periódicas a cada 6 meses e comparar resultados com a linha de referência do estudo.
6. Sexto passo: fazer reciclagem do treinamento pelo menos a cada 6 meses.