Tuleeko rakentajista kyborgeja?

Työterveyslaitos testaa eksoskeletonia töissä, joissa kädet ovat usein yläasennossa.

Rakennusala on fyysisesti raskas ja kuormittava ala, jossa työskennellään mitä erikoisemmissa asennoissa. Erilaiset kulumat ja vammat tuki- ja liikuntaelimistölle ovat valitettavan arkipäiväisiä. Työterveyslaitos on aloittanut Kädet koholla työskentelyn keventäminen eksoskeletonin avulla -tutkimusprojektin, jossa tutkitaan, voisiko ulkoisesta tukirangasta olla apua raskaissa töissä.

Työterveyslaitoksen tutkijat liikkuvat paljon kentällä mittaamassa fyysistä kuormitusta erilaisissa ammateissa.

– Olemme nähneet paljon esimerkiksi asennustöitä, joissa vietetään melkein koko päivä kädet koholla, tutkimusprojektin vetäjä, erikoistutkija Satu Mänttäri kertoo tutkimuksen taustoista.

Mänttärin kollega oli kuullut eksoskeletoneista, ja tutkijat huomasivat, että niistä löytyi hyvin vähän tutkimusta ja käyttökokemuksia. Rahoitus saatiin yhteistyökumppaneiden – Ramirent Oy:n ja Talonrakennusteollisuus ry:n – kanssa Työsuojelurahastosta ja projekti saatiin käyntiin vuoden alussa.

Mittausta  kentällä ja  laboratoriossa

Tutkimus koostuu kahdesta osasta; toisessa tehdään erilaisia mittauksia laboratoriossa ja toisessa osassa mennään työmaalle todellisiin työolosuhteisiin.

Eksoskeleton löytyi valmiiksi Työterveyslaitokselta. Sitä testaamaan rekrytoitiin 15 ihmistä laboratorioon tutkimuksen ensivaiheeseen. Mitä tutkittiin?

– Koehenkilö siirteli 2 kilogramman punttia 0,5 metrin matkan neljällä eri kulmalla, eli käsien asento vaihteli 60–150 asteen kulman välillä. Liikettä toistettiin niin kauan, että koehenkilö tunsi merkittävää väsymystä. Koe tehtiin ensin ilman eksoskeletonia, sitten sen kanssa, Mänttäri kertoo.

Kokeessa mitattiin ensinnäkin sitä, kuinka kauan koehenkilö jaksoi toistaa liikkeitä. Tulos vaihteli 2–5 minuutin välillä. Kokeen aikana lihasten aktiivisuutta mitattiin 8:lla ihoon kiinnitetyllä elektrodilla eli tehtiin niin sanottu EMG-rekisteröinti (elektromyogrammi).

– Elektrodeja kiinnitettiin käsivarsiin, niska-hartiaseudulle sekä alaselkään. Lisäksi tutkittiin veren happisaturaatiota, jotta nähtiin, miten käsivarsien lihakset saavat happea. Toistuva liike ja kohoasento alkaa hapottaa käsivarsien lihaksissa melko nopeasti.

Työn aikana mitattiin vielä lisäksi sykettä ja verenpainetta. Sydän kuormittuu, kun se pyrkii pitämään verenkierron tasapainossa käsien ollessa yläasennossa.

– Ennen suoritusta ja sen jälkeen lihaksien rakennetta tarkasteltiin ultraäänilaitteella. Sillä pystyttiin tutkimaan lihaksen pitkittäisrakenteesta sitä, millä tavoin lihaskalvon ja lihassolujen välisen kalvon kulma muuttuu. Kun lihas rasittuu, kulma suurenee lihaksen yrittäessä kompensoida voimantuottoa väsyessään. Samalla laitteella pystytään myös näkemään minkä verran lihas turpoaa, kun rasitus kerää sinne nestettä, Mänttäri sanoo.

Lihasvasara ei vielä naputa

Tutkimusryhmällä on myös mittari kenttätyöhön, kun testejä päästään tekemään oikeilla työmailla. Mittari on nimeltään myotonometri. Laite näyttää kännykältä ja siinä on eräänlainen lihasvasara, joka naputtaa lihasta. Se mittaa lihaksen värähtelyllä lihaksen elastisuutta, kiinteyttä ja jäykkyyttä.

– Esimerkiksi niska-hartiaseutu jumii helposti työssä, jossa ollaan kädet koholla. Lihaksen elastisuus siis heikkenee ja jäykkyys kasvaa, Mänttäri kuvaa.

Tärkeää on myös mitata hermoston toimivuutta. Niin sanottu M-vaste kertoo, kuinka hyvin impulssit siirtyvät lihassoluille. Jos hermo väsyy, sen kyky siirtää impulsseja lihaksille hidastuu.

– Sitä varten koehenkilöön kiinnitetään elektrodit tiettyjen hermojen kohdalle. Toisin kuin lihakset, jotka ovat näkyviä, on hermojen löytäminen hiukan hankalampaa. Niitä pitää etsiä. Kun oikea kohta löytyy, annetaan hermolle ärsykkeenä pieni sähköisku eli impulssi. Sitten tarkastellaan, kuinka nopeasti impulssi kulkee, Mänttäri selittää.

Melkoinen määrä mittauksia. Mänttäri haluaakin painottaa, että he tutkivat nimenomaan ihmisiä, eivät vain työtapoja.

Tekniikan pitää sopia käyttäjälleen

Tutkijat ehtivät tehdä osan laboratoriomittauksista valmiiksi, ennen kuin korona-pandemia sulki laboratorion.

– Vaikka mittaukset jäivät kesken, oli meidän ihan pakko vilkaista tähän mennessä saatuja tuloksia Sanoisin tämänhetkisiä tietoja varovaisen myönteisiksi. Eroja siis näkyy siinä, tehdäänkö työtä eksoskeletonin kanssa vai ilman, Mänttäri toteaa.

Toisaalta vielä on selvitettävääkin. Repunmallinen eksoskeleton painaa jonkin verran. Tutkijoiden pitää selvittää, kuormittaako sen käyttäminen ylävartalon sijaan esimerkiksi alaselkää.

– Meillä käytössä olevassa eksoskeletonissa on hyvin säätövaraa erikokoisille ihmisille. Itse olen pienikokoinen ihminen ja se sopi myös minulle. Tosin säädöt olivat kyllä sitten ääriasennossa, Mänttäri kertoo.

On todella tärkeää, että käytössä oleva eksoskeleton sopii käyttäjälleen. Muuten siitä on enemmän haittaa kuin hyötyä.

Mänttäri arvioi, että rakennustyöntekijöille ei olisi suurtakaan kynnystä käyttää eksoskeletonia, jos sellainen olisi tarjolla.

– Rakentajat ovat tottuneet erilaisiin suojavälineisiin. Eksoskeletonin käytössä on kuitenkin yksi olennainen asia; miten sen saa sopimaan turvavaljaiden kanssa.

Mänttärin mukaan eksoskeletoneiden hyöty–kustannussuhde on aika hyvä. Puhtaasti jousitekniikalle perustuvan laitteen hinta pyörii 2 500 eurossa. Sellaiset, joissa on mukana elektroniikka ja hydrauliikkaa ovat kalliimpia, noin 10 000 eurosta ylöspäin.

Teksti: Johanna Hellsten, kuva: Skelex