Magazijnen struikelen nog over exoskeletten

Voor alle duidelijkheid, in bepaalde sectoren bewijzen exoskeletten hun diensten al met succes. Zo zijn er al heel wat succesvolle toepassingen in de gezondheidssector, met name voor revalidaties. Ook in productieomgevingen beginnen exoskeletten hun nut te bewijzen, bijvoorbeeld bij het hanteren van zware gereedschappen.

Verwacht wordt dat het gebruik van exoskeletten tegen 2023 met ongeveer 40% zal toenemen. Dat indrukwekkende cijfer inspireerde VIL om te bekijken of robotpakken ook in de logistiek van betekenis kunnen zijn. Binnen die omgevingen kunnen exoskeletten (zie kader) een zinvol hulpmiddel zijn bij belastende manuele taken tijdens het orderpicken, verpakken, laden en lossen. Automatisering en robotisering zijn hier uiteraard nog steeds de beste alternatieven, maar niet in elke omgeving haalbare kaart. Dat komt vooral door de grote complexiteit en diversiteit in veel magazijnen.
Luc Pleysier, projectleider bij VIL: “Daarom komen nog steeds heel wat zware logistieke taken op de schouders van medewerkers terecht. Vandaag is wereldwijd maar liefst 24% van de ziektedagen te wijten aan spierkwetsuren. In België ligt dat percentage wellicht nog iets hoger. We halen dan ook maar beter alle mogelijkheden uit de kast om onze medewerkers te sparen.”
 
Om het potentieel van exoskeletten te onderzoeken, nam VIL de voorbije drie jaar veertien bedrijven in de arm, met name Atlas Copco, Bpost, Colruyt Group, Conway, Danone, Delhaize, Gates Distribution Center, H.Essers, Honda Motor Europe Logistics, Katoen Natie, Limburg.Net, Mainfreight Logistics Services, Oesterbank en Sorbat. Het doel was vooral om na te gaan in welke mate robotpakken de ergonomie van logistieke medewerkers verbeteren.

De belangrijkste reden om exoskeletten onder de loep te nemen, was voor de deelnemers met voorsprong het voorkomen van lichamelijke letsels. Ook oudere medewerkers langer aan de slag houden en mensen sneller opnieuw aan het werk krijgen is voor meer dan de helft van de respondenten belangrijk. Ongeveer de helft zou met robotpakken de productiviteit willen verbeteren. Het grootste potentieel zien de deelnemers bij het (af)stapelen (93%) en de orderpicking (83%). Meer dan de helft ziet ook mogelijkheden tijdens het sorteren en het laden/lossen (telkens 58%).

Exoskeletten in de logistieke praktijk

De praktijktesten vonden plaats op de sites van Colruyt, Danone, Mainfreight en Gates Distribution Center. Tijdens de testen werden enkel passieve exoskeletten gebruikt (zie kader). “Op het moment van het onderzoek waren er immers nog geen actieve versies op de Europese markt beschikbaar. Het is pas sinds kort dat meer bepaald German Bionic exoskeletten met een actieve ondersteuning aanbiedt in onze contreien”, zegt Luc Pleysier. “Tussen het begin van het project en het einde hebben we ook verschillende generaties exoskeletten zien passeren, wat meteen de snelheid van de ontwikkelingen op dit domein benadrukt.”

Op basis van de use cases en de karakteristieken van de exoskeletten werden er vijf soorten voor de testen weerhouden (zie figuur 1).

Bij de vier bedrijven (zie figuur 2) werden fysiek zwaar belastende taken geselecteerd om de passieve exoskeletten te testen. Bij Danone was dat in de orderpickzone, bij Colruyt Group voor het afstapelen, bij Gates Europe voor sorteertaken en bij Mainfreight om te lossen. Tijdens de verschillende taken hielp het dragen van een exoskelet beperkt om het risico op spierbelasting te verlagen. Maar over de volledige taken beschouwd, bleef de belasting nog steeds vaak boven de toegelaten grenswaarden hangen. Een wondermiddel is een exoskelet dus nog niet.

Bovendien traden bij de inzet van exoskeletten ook enkele ongewenste effecten op. Zo kan de belasting naar de schouders verschuiven bij rugexoskeletten en vice versa. Daarna bestaat het gevaar op het overstrekken van de rug. De oorzaken van die neveneffecten waren evenwel niet duidelijk te bepalen en vragen verder onderzoek. Een betere training bij het gebruik van het skelet en een langere gewenning kunnen daar mogelijks een antwoord op bieden. De minst goede resultaten tijdens de praktijktesten werden geboekt bij taken waar medewerkers zich vaak moeten verplaatsen.

Bijkomende lab- en acceptatietesten

De praktijktesten werden aangevuld met labtesten. Zij waren gericht op een aantal complementaire metingen die in de praktijk moeilijk op te zetten waren. Zo werden het energieverbruik, het evenwicht en het comfort vergeleken bij operatoren met en zonder skelet bij geïsoleerde bewegingen.
Daarnaast gebeurden ook een aantal acceptatietesten bij zowel de bedrijven uit de praktijktesten als vier extra bedrijven (Bpost, H.Essers, Honda Motor Europe Logistics en Katoen Natie). In totaal werden 96 unieke bevragingen door de gebruikers van exoskeletten ingevuld.

Uit die bevraging blijkt dat de ervaringen van de gebruikers sterk uiteenlopen. Over het algemeen kunnen we stellen dat medewerkers nog niet razend enthousiast zijn over de technologie. De beste evaluaties kwamen van medewerkers die ze hadden gebruikt om te laden en te lossen. De tevredenheid bij het sorteren en afstapelen was matig en bij de orderpicking ondermaats. Als belangrijkste positieve ervaringen kwamen de lagere belasting op de rug en schouders naar voren, evenals een betere houding van de rug.

Rond het comfort van de pakken liepen de meningen sterk uiteen. Sommigen vonden ze aangenaam om mee te werken, anderen hadden last van het gewicht op de schouders of de druk op de borst. Ook over de pasvorm en het feit dat exoskeletten tijdens het werken verschuiven, klaagden sommigen. Door de structuur van zo’n pak hebben vooral kleinere personen en vrouwen (door de druk van het borststuk) er vaker moeite mee.

Verder vinden de gebruikers het belangrijk dat de pakken gemakkelijk aan en uit te trekken zijn, wat tijdens de testen niet altijd het geval bleek. Het blijkt ook lastig om met een exoskelet andere taken uit te voeren, bijvoorbeeld een heftruck besturen. In plaats van de vermoeidheid te verlagen – wat de bedoeling van een exoskelet is – leiden de pakken vaak tot een hogere vermoeidheid als er veel mee wordt gestapt of als er veel tegen de ingebouwde veer in moet worden gewerkt.

“Die praktische ongemakken speelden bij ons toch wel een rol”, vertelt Roeland Motmans, ergonoom bij Colruyt. “Bovendien is zo’n pak vaak te warm om een hele dag te dragen. Bij het op- en afstapelen van handpallettrucks is het ook minder veilig als een exoskelet je breder maakt. De beensteunen bleven tijdens de testen ook niet altijd netjes op hun plaats zitten.”

“Wij maken gebruik van pickscooters. De exoskeletten maakten het moeilijker om daarmee te draaien, te bewegen en af te stappen”, zegt Roselien Bommerez, supply chain project manager bij Danone. “We vinden de robotpakken wel een goede hulp bij het heffen van zwaardere gewichten en gewicht lager op de grond. Vooral bij de SuitX Back X AC was er vrij veel tijd nodig om de pakken aan- en uit te doen. Bij de Laevo ging dat vlotter, maar daar waren de druk op de borst en de hinder door de metalen delen dan weer groter.”

Hoewel geen enkel van de bedrijven die de praktijktesten uitvoerden, honderd procent overtuigd was van de resultaten, willen de meesten wel de verdere ontwikkelingen volgen. Zo kunnen ze meteen op de trein springen van zodra exoskeletten interessanter worden voor magazijntoepassingen.
“Veel van onze medewerkers verrichten dagelijks zwaar fysiek werk en we doen er alles aan om hun taken waar mogelijk te verlichten”, getuigt Tonny Stoffels van Mainfreight. “Hoewel exoskeletten voor ons vandaag nog te weinig toegevoegde waarde bieden, willen we de evoluties van de technologie op de voet volgen.”


“Om de ergonomie te verbeteren, blijven wij sowieso inzetten op de optimalisering van werkzones, zowel in de vorm van automatisering als ergonomische hulpmiddelen”, meent Patricia Vertongen, expert preventie bij Bpost. “Hoewel we na de testen beseffen dat we van exoskeletten niet de ultieme oplossing mogen verwachten, willen we de testen wel verderzetten.”

“Bij Colruyt zien we zeker potentieel in exoskeletten maar verdere optimalisering is noodzakelijk. Het is ook belangrijk om zorgvuldig te bekijken voor welke taken exoskeletten het meest geschikt zijn”, aldus Roeland Motmans. Roselien Bommerez voegt eraan toe: “Wij hebben intussen besloten tot nader order geen verdere testen te doen, maar blijven zeker openstaan voor exoskeletten die meer aangepast zijn aan gebruik in de logistiek.”

Annick De Clercq, preventieadviseur bij Gates Europe: “Onze medewerkers waren blij dat ze de kans hebben gekregen om aan dit project deel te nemen. Ze hadden er wel meer van verwacht. Vooral het feit dat het vermoeiend is om er afstanden mee af te leggen en zo’n pak de bewegingen hindert, vonden ze onaangenaam. Ook de afstelling per persoon vinden we omslachtig. Het is evenwel erg belangrijk dat die afstelling goed zit, of het pak werkt tegen. Positief is dan weer dat de pakken je verplichten om een juiste houding aan te nemen. Voor de types van vandaag passen we, maar we hebben wel interesse in de verdere evoluties en staan open om vernieuwde types uit te testen.”

Moeite met dynamische omgevingen

Samengevat kunnen we stellen dat de huidige generatie exoskeletten vooral geschikt is voor statische en repetitieve belastende taken, waar weinig van houding wordt gewisseld. Daarbij denken we bijvoorbeeld aan montagetaken langs de assemblagelijn in de auto-industrie. Op die plaatsen kunnen exoskeletten continu in hun ondersteunende modus werken. Hoe statischer de activiteiten zijn, hoe beter een robotpak dus tot zijn recht zal komen. Schouderexoskeletten kunnen een optie zijn als er langdurig bovenhoofds moet worden gewerkt en als er geen mogelijkheden zijn om de werkhoogte te verbeteren. Rugexoskeletten kunnen langdurig voorovergebogen werken dan weer draaglijker maken als het niet mogelijk is om de werkhoogte te veranderen.

Voor dynamische taken is de huidige generatie passieve exoskeletten evenwel niet ideaal. En laat nu net die dynamiek typerend zijn voor veel logistieke taken. Als belangrijkste nadeel onthouden we het feit dat exoskeletten in dynamische omgevingen vaak als een oncomfortabel harnas worden gezien, door de wrijving, het gewicht en de beperkte bewegingsvrijheid.

Dat neemt niet weg dat de voordelen – met name de lagere belasting op de rug en de schouders – bedrijven kunnen inspireren om in welbepaalde zones toch al met exoskeletten te experimenteren. Vooral de lichtere pakken kunnen in logistieke omgevingen perspectieven bieden.
Gunther Storme, projectleider bij VIL: “Het komt er vooral op aan een goede match te vinden tussen de (deel)taak en het exoskelet. Wij raden ook aan om bij het testen van een exoskelet de gewenningsperiode lang genoeg te laten duren, de afstellingen goed op te volgen en voldoende aandacht te besteden aan een correct gebruik.”

Bovendien mogen we niet vergeten dat het hier om een technologie in volle ontwikkeling gaat. Het valt dan ook te verwachten dat veel van de huidige nadelen zullen verdwijnen naarmate de technologie meer matuur wordt. Tegelijk kan een nauwe samenwerking tussen de fabrikanten van exoskeletten en de sector het aantal logistieke toepassingen in een stroomversnelling brengen.

Hoewel exoskeletten in logistieke omgevingen vandaag zelden op applaus zullen worden onthaald, vormen ze dus wel degelijk een technologie die we in de gaten moeten houden. Dat geldt zeker in omgevingen waar zware lasten wegen op de ergonomie en de efficiëntie.

De kracht achter exoskeletten

Exoskeletten zijn in feite draagbare robotpakken, die het menselijk lichaam een boost geven op het vlak van kracht en uithoudingsvermogen. Hun geheim is dat ze de menselijke kracht herverdelen en op een slimme manier energie opslaan en vrijgeven om lichaamsdelen minder te belasten. We kunnen de robotpakken in twee categorieën onderverdelen. Enerzijds zijn er de passieve exoskeletten, die de menselijke kracht herverdelen. Door gebruik te maken van veren wordt kinetische naar potentiële energie omgezet. Zo wordt het lichaam minder belast op de zwakke punten, wat bijvoorbeeld de rug spaart. Anderzijds zijn er de actieve exoskeletten. Zij worden (elektrisch, pneumatisch of hydraulisch) aangedreven en maken gebruik van extra energie. Sommige actieve skeletten hebben tot wel 40 verschillende sensoren om bijvoorbeeld de rotatie, kanteling en druk te detecteren. Op basis van de afgegeven elektrische signalen wordt vervolgens de ondersteuning geactiveerd om de beweging soepel uit te voeren.

Tussen passieve en actieve exoskeletten zit weliswaar een zeer groot prijsverschil. Terwijl je in de eerste categorie mag rekenen op 3.000 tot 11.000 euro per skelet, is dat voor een actief skelet gemakkelijk 35.000 euro. Bovendien moet je bij die laatste ook rekening houden met een relatief groot gewicht en de beperkte autonomie van twee tot acht uur.

Exoskeletten kunnen een harde of zachte structuur hebben. De zachte skeletten zijn sterk in opmars omdat ze lichter zijn en comfortabeler om mee te werken. Exoskeletten kunnen de focus leggen op een lagere belasting van het bovenlichaam (schouders, rug en armen) of het onderlichaam (heup, knieën). Intussen zijn ook actieve prototypes voor het volledige lichaam ontwikkeld. Er bestaan ook verschillende exoskeletten naargelang het gewicht dat moet worden getild.