Analisi del dispendio metabolico e dell’indice ergonomico derivato: impatto di due esoscheletri occupazionali per il supporto di tronco e spalle nella movimentazione manuale di carichi

Il presente studio nasce nell’ambito del tirocinio formativo svolto presso il Politecnico di Torino, nel quale è stata inquadrata una collaborazione tra IUVO S.r.l., azienda specializzata in robot indossabili, e Stellantis N.V., azienda multinazionale del settore automotive. In ergonomia, l’indice denominato “Index Posture Effort” (IPE), quantifica il carico fisiologico sostenuto dall’operatore durante attività lavorative tipiche della linea di produzione. Tale indice è correlato al consumo metabolico, stimato attraverso la frequenza cardiaca rilevata durante attività di movimentazione manuale di carichi. L’obiettivo principale di questa tesi è l’estrazione e validazione dell’indice IPE durante attività di movimentazione manuale di carichi, confrontando condizioni con e senza l’uso di tecnologie esoscheletriche, per valutare e quantificare l’effetto di tali dispositivi sullo sforzo fisiologico dell’operatore. A tal fine, sono stati realizzati ed eseguiti due protocolli sperimentali distinti. Il primo ha riguardato la condizione senza esoscheletro e ha consentito la ricostruzione e validazione di tabelle già esistenti, utilizzate per determinare l’indice IPE durante attività stereotipate di movimentazione manuale di carichi. Il secondo protocollo ha previsto l’impiego di tecnologie esoscheletriche con l’obiettivo di costruire ex novo tabelle analoghe, al fine di consentire una valutazione comparativa tra le due condizioni. In particolare, sono stati testati due dispositivi della famiglia COMAU-Mate: il Mate XT, che offre supporto agli arti superiori, e il Mate XB, progettato per fornire supporto lombosacrale. Le tabelle ottenute permettono di valutare la criticità ergonomica di una determinata postazione lavorativa, riportando valori dell’indice IPE calcolati per diversi carichi e configurazioni geometriche di movimentazione. Nel primo protocollo sperimentale sono state analizzate cinque diverse attività con quattro livelli di carico differenti, mentre il secondo protocollo si è focalizzato sulle tre attività ritenute più critiche e per le quali è prevista un’azione di supporto da parte dei due dispositivi studiati. Durante la sperimentazione è stata monitorata la frequenza cardiaca mediante fascia toracica con cardiofrequenzimetro Polar. I dati raccolti sono stati elaborati su MATLAB e trasformati in valori di consumo metabolico tramite una formula empirica validata in lettera-tura. Tali valori, mediati per ciascuna condizione sperimentale, hanno costituito la base per il calcolo dell’indice IPE, consentendo di confrontare il dispendio energetico associato alle diverse modalità operative. I risultati evidenziano che nella maggior parte delle attività investigate l’impiego di entrambi gli esoscheletri determina una riduzione del dispendio energetico, con benefici più evidenti all’aumentare del carico movimentato. In alcune attività il dispendio energetico è rimasto invariato o è lievemente aumentato nella condizione con l’esoscheletro, evidenziando l’importanza di considerare fattori quali l’adattamento individuale all’uso del dispositivo e le differenze nella risposta individuale alla termoregolazione corporea. L’indice proposto fornisce una misura oggettiva dell’efficacia ergonomica e cardiovascolare dell’esoscheletro, offrendo un supporto concreto alle decisioni progettuali e organizzative per la riduzione del carico fisico nei contesti produttivi.