Valutazione biomeccanica dell'influenza di esoscheletro passivo di tronco sull’equilibrio e sul mantenimento della postura = Biomechanical assessment of a passive trunk exoskeleton on the postural balance

Negli ultimi anni, la robotica indossabile ha acquisito un ruolo fondamentale in ambito industriale in quanto rappresenta una soluzione tecnologica innovativa sia a supporto dei lavoratori sia a vantaggio dell’industria stessa. Gli esoscheletri sono dispositivi indossabili esterni studiati per supportare i lavoratori durante l’esecuzione di compiti professionali così da migliorare la qualità della vita e ridurre il fattore di rischio. La loro funzione principale è quella di ridurre notevolmente il carico biomeccanico e la fatica muscolare dell’utente contribuendo alla prevenzione di incidenti, disturbi e malattie muscoloscheletriche legate al lavoro, limitando il più possibile gli ingombri ed il discomfort percepito. L’obiettivo del seguente lavoro di tesi è l’analisi degli effetti biomeccanici che un esoscheletro per il supporto del tronco ha sull’equilibrio e sul mantenimento della postura dell’utente, andando a misurare e indagare lo spostamento del centro di pressione (COP). Nello studio sono stati coinvolti 12 soggetti giovani sani (età media 25 anni), normopeso (BMI medio 21.75) ed è stato utilizzato l’esoscheletro passivo Laevo 2.5. Sono state eseguite prove statiche di mantenimento della postura con il tronco esteso e successivamente con il tronco flesso a 45° per circa 15s, con gli occhi aperti e gli occhi chiusi, e prove dinamiche in cui sono state simulate e analizzate quattro strategie di sollevamento (squat, semisquat, stoop simmetrico e stoop asimmetrico). Le prove sono state effettuate senza e con il dispositivo al fine di evidenziarne le differenze. I test sperimentali sono stati condotti in laboratorio e parametri cinematici e di forza sono stati misurati con l’utilizzo di strumentazione per motion capture (sistema optoelettronico Vicon e piattaforme di forza AMTI). A partire dalla misura del centro di pressione sono stati valutati importanti indicatori di equilibrio quali la lunghezza complessiva della traiettoria, l’area dell’ellisse al 95% di confidenza, il phase plane, i range di spostamento, la velocità. Dall’analisi delle variabili sono emerse differenze significative sia in un primo confronto tra “occhi aperti” e “occhi chiusi” sia nel confronto tra le condizioni “senza esoscheletro” ed “esoscheletro abilitato”. In tutti i parametri analizzati si osserva come nella condizione di “occhi chiusi” ci sia un peggioramento dell’equilibrio. Per la velocità sono stati ottenuti valori medi che variano da 0,89 cm/s con gli occhi aperti a 1,14 cm/s con gli occhi chiusi nella condizione di tronco esteso e da 1,20 cm/s a 1,43 cm/s nel caso di tronco flesso a 45°. Mediante questo confronto sono state inoltre rilevate differenze statisticamente significative (p=0,012 tronco esteso, p=0,018 tronco flesso). Inoltre, dal confronto tra le condizioni “senza esoscheletro” ed “esoscheletro abilitato”, durante il mantenimento della postura con tronco flesso a 45° si documentano differenze dovute non solo all’utilizzo del device, ma anche all’assistenza fornita. Infatti, studiando la lunghezza della traiettoria del COP i valori variano nel range 22,05-26,11 cm nella condizione “senza esoscheletro”, 17,78-21,23 cm nella condizione “esoscheletro abilitato”, con significatività statistica (p=0,006 nel caso “occhi aperti”, p=0,034 nel caso “occhi chiusi”). Questo studio rappresenta un punto di partenza per valutare l’interazione uomo-esoscheletro da un punto di vista biomeccanico ed evidenziare gli effetti del device.