Migliorare le condizioni di lavoro degli operatori che guidano macchine pesanti e tutelare la loro salute: sono questi gli obiettivi del progetto Flexeras dell'Istituto Fraunhofer per la Durabilità Strutturale e l'Affidabilità dei Sistemi LBF a Darmstadt.
Nell'ambito di questo progetto i ricercatori hanno sviluppato un casco con un sensore di accelerazione integrato per gli operatori di veicoli da cantiere in grado di misurare le vibrazioni nocive che influenzano il corpo.
Un software analizza i segnali del sensore e mostra lo stress sulla persona interessata, permettendo così di adottare misure di sollievo adeguate. Un film piezo-elettretto flessibile funge da sensore.
Oltre al Fraunhofer LBF, anche l'Istituto Fraunhofer per i Circuiti Integrati IIS di Erlangen è stato coinvolto come partner del progetto. Un modello dimostrativo per il progetto Flexeras sarà presentato allo stand congiunto Fraunhofer alla Hannover Messe (22-26 aprile 2024, Padiglione 2, Stand B24).
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Innovazioni tecnologiche per la protezione dai rischi delle vibrazioni nelle macchine da cantiere
I lavoratori che guidano pesanti macchine da cantiere sono esposti quasi continuamente a forti vibrazioni. Escavatori, pale gommate o bulldozer generano vibrazioni a bassa frequenza che attraversano il corpo umano e possono causare problemi di salute a lungo termine, tra cui disturbi alla vista o danni alla colonna vertebrale e al cervello.
I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la Durabilità Strutturale e l'Affidabilità dei Sistemi LBF a Darmstadt hanno sviluppato una soluzione a questo problema nell'ambito del loro progetto Flexeras: un casco protettivo con un sensore di accelerazione integrato registra le vibrazioni che influenzano il corpo e le trasmette tramite un trasmettitore a un computer esterno, dove vengono analizzate e visualizzate.
Questo rende possibile identificare quando i limiti di stress sono stati raggiunti per la persona al volante in qualsiasi momento. Di conseguenza, si possono adottare misure per alleviare l'operatore dell'escavatore, come un migliore smorzamento del sedile o migliorare la pianificazione delle pause dell'operatore, assicurando che vengano prese al momento giusto.
"Le vibrazioni a corpo intero a cui sono esposti i conducenti di macchine da cantiere raggiungono valori di accelerazione da 0,2 m/s² a 1,5 m/s² in media; i valori di picco possono essere notevolmente superiori. Il nostro sensore del casco rende facile misurare con precisione il carico vibratorio nelle operazioni quotidiane. Su questa base, è possibile migliorare notevolmente la protezione della salute", spiega Björn Seipel, esperto in elettromeccanica e automazione presso Fraunhofer LBF.
Film piezo-elettretto come sensore di accelerazione
Al centro di questa tecnologia c'è un trasduttore piezo-elettretto sotto forma di un discreto film flessibile in polipropilene che funge da sensore, integrato all'interno del casco sulla parte superiore della testa in una cinghia di fissaggio.
Le vibrazioni che provengono dal veicolo da cantiere e attraversano il corpo colpiscono il film come forze di accelerazione e lo deformano. Il grado di deformazione determina la tensione del film piezo-elettretto, che viene trasmessa al modulo elettronico come segnale.
Gli esperti del Fraunhofer IIS hanno contribuito al progetto con la loro competenza nel campo dell'analisi dei dati per i sistemi sensoriali medici. L'analisi dei dati permette anche agli esperti del Fraunhofer di determinare in quali degli intervalli di frequenza rilevanti le vibrazioni sono particolarmente forti e di creare una sorta di profilo vibratorio per ogni veicolo da cantiere.
Test di vibrazione nella progettazione di nuovi veicoli da cantiere
La nuova tecnologia Fraunhofer crea la base per proteggere efficacemente le persone che lavorano con escavatori, trattori o altre macchine da cantiere.
Ad esempio, i sedili possono essere dotati di ulteriori elementi di smorzamento, o i conducenti vengono ricordati di fare una pausa quando il software rileva che un limite di stress è stato raggiunto. In futuro, l'unità ricevente e il software potrebbero anche essere integrati nell'elettronica di bordo dei veicoli da cantiere.
"Quando si sviluppano nuovi veicoli da cantiere, questa tecnologia aiuta a misurare il livello delle vibrazioni e poi a ridurle attraverso misure mirate, anche nei primi prototipi", aggiunge Becker.
Con Flexeras, Fraunhofer LBF ha contribuito con la sua pluriennale esperienza nel campo dei sistemi trasduttori. Gli esperti sviluppano, tra le altre cose, concetti e idee per trasferire i sistemi trasduttori esistenti come i film piezo-elettretto a nuove applicazioni.
La tecnologia Fraunhofer per la valutazione dello stress nei luoghi di lavoro
Una tecnologia di grande interesse per l'industria. Dopo tutto, i dipendenti che si ammalano dopo aver lavorato troppo a lungo su un veicolo da cantiere sono un problema non solo per i datori di lavoro riguardo al loro dovere di cura, ma anche ai costi.
Il sensore del casco assiste le associazioni mediche e le associazioni di responsabilità dei datori di lavoro con una valutazione basata sui dati e differenziata dello stress effettivo sui lavoratori.
Inoltre, si tratta di una tecnologia che può portare vantaggi anche in altre applicazioni.
"La nostra tecnologia è generalmente adatta per persone in tutte le categorie professionali che sono frequentemente esposte a elevati stress biomeccanici", spiega Seipel.
I visitatori della Hannover Messe 2024 possono vedere la soluzione dal vivo con un modello dimostrativo allo stand congiunto Fraunhofer (Padiglione 2, Stand B24).