medlitГигиена и санитарияHygiene and Sanitation0016-99002412-0650Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.47470/0016-9900-2025-104-6-728-733zqmfnhmedlit-5015Research ArticleМЕДИЦИНА ТРУДАOCCUPATIONAL HEALTHОценка эффективности применения промышленного экзоскелета по степени утомления работникаEvaluation of the efficiency of the application of an industrial exoskeleton according to the degree of employee fatiguehttps://orcid.org/0000-0001-7590-431XШупоринЕвгений СергеевичShuporinEvgenii S.

И.о. зав. лаб. средств индивидуальной защиты и промышленных экзоскелетов ФГБНУ «НИИ МТ», 105275, Москва, Россия

e-mail: ppe-lab@irioh.ru

Acting Head of the Laboratory and Researcher at the Laboratory for Personal Protective Equipment and Industrial Exoskeletons, Izmerov Research Institute of Occupational Health, Moscow, 105275, Russian Federation

e-mail: ppe-lab@irioh.ru

ppe-lab@irioh.ruhttps://orcid.org/0009-0004-2746-2915ЧудоваЕлена СтаниславовнаChudovaElena S.

Мл. науч. сотр. лаб. средств индивидуальной защиты и промышленных экзоскелетов ФГБНУ «НИИ МТ», 105275, Москва, Россия

Junior researcher at the Laboratory for Personal Protective Equipment and Industrial Exoskeletons, Izmerov Research Institute of Occupational Health, Moscow, 105275, Russian Federation

noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0009-0000-9760-8685ИльенкоОлег ВладимировичIlyenkoOleg V.

Мл. науч. сотр. лаб. средств индивидуальной защиты и промышленных экзоскелетов ФГБНУ «НИИ МТ», 105275, Москва, Россия

Junior researcher at the Laboratory for Personal Protective Equipment and Industrial Exoskeletons, Izmerov Research Institute of Occupational Health, Moscow, 105275, Russian Federation

noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0009-0004-2765-145XВагаИван НиколаевичVagaIvan N.

Инженер лаб. средств индивидуальной защиты и промышленных экзоскелетов ФГБНУ «НИИ МТ», 105275, Москва, Россия

Engineer at the Laboratory for Personal Protective Equipment and Industrial Exoskeletons, Izmerov Research Institute of Occupational Health, Moscow, 105275, Russian Federation

noemail@neicon.ruhttps://orcid.org/0009-0006-6287-918XМотковаТатьяна ЮрьевнаMotkovaTatyana Yu.

Техник лаб. средств индивидуальной защиты и промышленных экзоскелетов ФГБНУ «НИИ МТ», 105275, Москва, Россия

Technician at the Laboratory for Personal Protective Equipment and Industrial Exoskeletons, Izmerov Research Institute of Occupational Health, Moscow, 105275, Russian Federation

noemail@neicon.ruФГБНУ «Научно-исследовательский институт медицины труда имени академика Н.Ф. Измерова»РоссияIzmerov Research Institute of Occupational HealthRussian Federation2025140820251046728733Copyright © Шупорин Е.С., Чудова Е.С., Ильенко О.В., Вага И.Н., Моткова Т.Ю., 20252025Шупорин Е.С., Чудова Е.С., Ильенко О.В., Вага И.Н., Моткова Т.Ю.Shuporin E.S., Chudova E.S., Ilyenko O.V., Vaga I.N., Motkova T.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjhas.ru/jour/article/view/5015Введение

Введение. Объектом исследования являлась динамика функционального состояния организма человека при выполнении физической работы с применением промышленного экзоскелета, предназначенного для разгрузки мышц спины и рук при подъёме, опускании, переносе и удерживании грузов массой до 50 кг. Исследование проведено с целью оценки эффективности применения промышленного экзоскелета для снижения утомления в условиях моделирования трудовой деятельности.

Материалы и методы

Материалы и методы. Модель трудовой деятельности работника, связанная с подъёмом, перемещением и удержанием груза, была разработана в условиях лаборатории. Для оценки эффективности применения промышленного экзоскелета проводилось сравнение степеней утомления по показателям функционального состояния скелетной мускулатуры при выполнении трудовой деятельности в лабораторных условиях с применением промышленного экзоскелета и без него. Использованы следующие медико-биологические методы: электромиография, миотонометрия и анкетирование. Полученные данные подвергали статистическому анализу.

Результаты

Результаты. При выполнении работы с применением экзоскелета некоторые мышцы были в состоянии меньшего напряжения, чем при работе без него. Анализ субъективной оценки локального напряжения показывал, что физическое напряжение добровольцев было ниже при работе в экзоскелете по сравнению с работой без него.

Ограничения исследования

Ограничения исследования. Небольшой объём выборки, моделирование трудовой деятельности в лаборатории не позволяют учесть всех факторов, которые воздействуют на работника, использующего экзоскелет, на производстве. Для более полной оценки эффективности промышленного экзоскелета необходим учёт динамики показателей сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем организма.

Заключение

Заключение. С точки зрения влияния использования промышленного экзоскелета на утомление при выполнении производственных операций, аналогичных лабораторной модели трудовой деятельности, можно сделать заключение об эффективности применения промышленного экзоскелета.

Соблюдение этических стандартов. Исследование проведено с соблюдением протокола «Исследование безопасности и эффективности применения промышленных экзоскелетов ProEXOLight и ProEXOSuperLight», одобренного Локальным этическим комитетом ФГБНУ «НИИ МТ» (протокол № 1 заседания Локального этического комитета от 25.01.2023 г.), соответствует общепринятым научным принципам Хельсинкской декларации Всемирной медицинской ассоциации. Все участники дали информированное добровольное письменное согласие на участие в исследовании.

Участие авторов

Участие авторов: Шупорин Е.С. – концепция и дизайн исследования, написание текста, редактирование; Чудова Е.С. – написание текста, редактирование; Ильенко О.В. – концепция и дизайн исследования, написание текста; Вага И.Н., Моткова Т.Ю. – сбор и обработка данных, статистическая обработка данных. Все соавторы – утверждение окончательного варианта статьи, ответственность за целостность всех частей статьи.

Конфликт интересов

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов в связи с публикацией данной статьи.

Финансирование

Финансирование. Исследование не имело финансовой поддержки.

Поступила

Поступила: 03.03.2025 / Поступила после доработки: 08.04.2025 / Принята к печати: 26.06.2025 / Опубликована: 31.07.2025

Introduction

Introduction. The object of the study was the trend in the functional state in the human body when performing physical work using an industrial exoskeleton designed to unload the muscles of the back and arms when lifting, lowering, carrying, and holding loads weighing up to 50 kg. The study was conducted to evaluate the efficiency of applying an industrial exoskeleton to reduce fatigue in a work simulation environment.

Materials and methods

Materials and methods. In the laboratory, a model of an employee’s work related to lifting, moving, and holding cargo was developed. To assess the efficiency of the application of an industrial exoskeleton, a comparison was made of the degrees of fatigue in terms of the functional state of skeletal muscles when performing laboratory model of labor activity with and without an industrial exoskeleton. The following biomedical methods were used: electromyography, myotonometry, and questionnaires. The data obtained was subjected to statistical analysis.

Results

Results. When working with an exoskeleton, some muscles were in a state of less tension than when working without it. The results of the analysis of the subjective assessment of local stress showed the physical stress in the volunteers to be lower when working in an exoskeleton compared to working without it.

Limitations

Limitations. A small sample size and modeling in labour activity in the laboratory does not allow taking into account all the factors that affect an employee using an exoskeleton in production. For a more complete evaluation of the efficiency of an industrial exoskeleton, it is necessary to take into account the dynamics of indicators of the cardiovascular, respiratory and other body systems.

Conclusions

Conclusions. From the point of view of the influence of the application of an industrial exoskeleton on the fatigue during production operations similar to the laboratory model of labor activity, it is possible to conclude about the efficiency of the application of an industrial exoskeleton.

Compliance with ethical standards. The study was conducted in compliance with the protocol “Research on the safety and efficiency of the application of an industrial exoskeletons «ProEXOLight» и «ProEXOSuperLight»», approved by the Local Ethics Committee of the Izmerov Research Institute of Occupational Health (protocol No. 1 of the meeting of the Local Ethics Committee dated 25/01/2023) and the Helsinki Declaration of the World Medical Association (as amended 2013) was carried out. All participants gave informed voluntary written consent to participate in the study.

Contribution

Contribution: Shuporin E.S. – concept and design of the study, writing text, editing; Chudova E.S. – writing text, editing; Ilyenko O.V. – concept and design of research, writing text; Vaga I.N., Motkova T.Yu. – collection and processing of material, statistical processing. All authors are responsible for the integrity of all parts of the manuscript and approval of the manuscript final version.

Conflict of interest

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Funding

Funding. The study had no sponsorship.

Received

Received: March 3, 2025 / Revised: April 8 , 2025 / Accepted: June 26, 2025 / Published: July 31, 2025

промышленный экзоскелетфункциональное состояниеэффективность трудамиотонометрияэлектромиографияindustrial exoskeletonfunctional stateoccupational efficiencymyotonometryelectromyographyReferencesКанонин Ю.Н., Тихомиров О.И. Перспективы применения промышленных экзоскелетов на железнодорожном транспорте в качестве средств индивидуальной защиты. Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. 2024; 21(2): 370–9. https://doi.org/10.20295/1815-588X-2024-02-370-379Kanonin Yu. N., Tikhomirov O. I. Prospects for the use of industrial exoskeletons in railway transport as personal protective equipment. Izvestiya Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta putei soobshcheniya. 2024; 21(2): 370–9. https://doi.org/10.20295/1815-588X-2024-02-370-379 (in Russian)Государственный доклад «О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Российской Федерации в 2023 году». М.; 2024.State report «About the state of sanitary and epidemiological welfare of the population in the Russian Federation in 2023». Moscow; 2024. (in Russian)Geregei A.M., Shitova E.S., Malakhova I.S., Shuporin E.S., Bondaruk E.V., Efimov A.R., et al. Up-to-date techniques for examining safety and physiological efficiency of industrial exoskeletons. Health Risk Analysis. 2020; (3): 148–59. https://doi.org/10.21668/health.risk/2020.3.18.engGeregei A.M., Shitova E.S., Malakhova I.S., Shuporin E.S., Bondaruk E.V., Efimov A.R., et al. Up-to-date techniques for examining safety and physiological efficiency of industrial exoskeletons. Health Risk Analysis. 2020; (3): 148–59. https://doi.org/10.21668/health.risk/2020.3.18.engBosch T., van Eck J., Knitel K., de Looze M. The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work. Appl. Ergon. 2016; 54: 212–7. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2015.12.003Bosch T., van Eck J., Knitel K., de Looze M. The effects of a passive exoskeleton on muscle activity, discomfort and endurance time in forward bending work. Appl. Ergon. 2016; 54: 212–7. https://doi.org/10.1016/j.apergo.2015.12.003Blanco A., Catalán J.M., Martínez-Pascual D., García-Pérez J.V., García-Aracil N. The effect of an active upper-limb exoskeleton on metabolic parameters and muscle activity during a repetitive industrial task. IEEE Access. 2022; 10: 16479–88. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3150104Blanco A., Catalán J.M., Martínez-Pascual D., García-Pérez J.V., García-Aracil N. The effect of an active upper-limb exoskeleton on metabolic parameters and muscle activity during a repetitive industrial task. IEEE Access. 2022; 10: 16479–88. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3150104Qu X., Qu C., Ma T., Yin P., Zhao N., Xia Y., et al. Effects of an industrial passive assistive exoskeleton on muscle activity, oxygen consumption and subjective responses during lifting tasks. PLoS One. 2021; 16(1): e0245629. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245629Qu X., Qu C., Ma T., Yin P., Zhao N., Xia Y., et al. Effects of an industrial passive assistive exoskeleton on muscle activity, oxygen consumption and subjective responses during lifting tasks. PLoS One. 2021; 16(1): e0245629. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245629De Looze M.P., Bosch T., Krause F., Stadler K.S., O’Sullivan L.W. Exoskeletons for industrial application and their potential effects on physical work load. Ergonomic. 2015; 59(5): 671–81. https://doi.org/10.1080/00140139.2015.1081988De Looze M.P., Bosch T., Krause F., Stadler K.S., O’Sullivan L.W. Exoskeletons for industrial application and their potential effects on physical work load. Ergonomic. 2015; 59(5): 671–81. https://doi.org/10.1080/00140139.2015.1081988Maurice P., Camernik J., Gorjan D., Schirrmeister B., Bornmann J., Tagliapietra L., et al. Objective and subjective effects of a passive exoskeleton on overhead work. IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2020; 28(1): 152–64. https://doi.org/10.1109/TNSRE.2019.2945368Maurice P., Camernik J., Gorjan D., Schirrmeister B., Bornmann J., Tagliapietra L., et al. Objective and subjective effects of a passive exoskeleton on overhead work. IEEE Trans. Neural. Syst. Rehabil. Eng. 2020; 28(1): 152–64. https://doi.org/10.1109/TNSRE.2019.2945368Grimmer M., Quinlivan B.T., Lee S., Malcolm P., Rossi D.M., Siviy C., et al. Comparison of the human-exosuit interaction using ankle moment and ankle positive power inspired walking assistance. J. Biomech. 2019; 83: 76–84. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2018.11.023Grimmer M., Quinlivan B.T., Lee S., Malcolm P., Rossi D.M., Siviy C., et al. Comparison of the human-exosuit interaction using ankle moment and ankle positive power inspired walking assistance. J. Biomech. 2019; 83: 76–84. https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2018.11.023Masood J., Dacal-Nieto A., AlonsoRamos V., Fontano M.I., Voilqué A., Bou J. Industrial wearable exoskeletons and exosuits assessment process. In: Carrozza M., Micera S., Pons J., eds. Wearable Robotics: Challenges and Trends. Cham: 2018: 234–8. https://doi.org/10.1007/978-3-030-01887-0_45Masood J., Dacal-Nieto A., AlonsoRamos V., Fontano M.I., Voilqué A., Bou J. Industrial wearable exoskeletons and exosuits assessment process. In: Carrozza M., Micera S., Pons J., eds. Wearable Robotics: Challenges and Trends. Cham: 2018: 234–8. https://doi.org/10.1007/978-3-030-01887-0_45Chen G., Wu J., Chen G., Lu Y., Ren W., Xu W., et al. Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles. PLoS One. 2019; 14(7): e0220521. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220521Chen G., Wu J., Chen G., Lu Y., Ren W., Xu W., et al. Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles. PLoS One. 2019; 14(7): e0220521. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220521Lo W.L.A., Yu Q., Mao Y., Li W., Hu C., Li L. Lumbar muscles biomechanical characteristics in young people with chronic spinal pain. BMC Musculoskelet Disord. 2019; 20(1): 559. https://doi.org/10.1186/s12891-019-2935-zLo W.L.A., Yu Q., Mao Y., Li W., Hu C., Li L. Lumbar muscles biomechanical characteristics in young people with chronic spinal pain. BMC Musculoskelet Disord. 2019; 20(1): 559. https://doi.org/10.1186/s12891-019-2935-zШитова Е.С., Малахова И.С., Лемешко В.И. Возможность использования миотонометрии для оценки мышечного утомления работников физического труда. Медицина труда и промышленная экология. 2020; 60(11): 892–4. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-11-892-894 https://elibrary.ru/ddgzkaShitova E.S., Malakhova I.S., Lemeshko V.I. The possibility of using myotonometry to assess the muscle fatigue of physical labor workers. Meditsina truda i promyshlennaya ekologiya. 2020; 60(11): 892–4. https://doi.org/10.31089/1026-9428-2020-60-11-892-894 https://elibrary.ru/ddgzka (in Russian)Liu Y., Pan A., Hai Y., Li W., Yin L., Guo R. Asymmetric biomechanical characteristics of the paravertebral muscle in adolescent idiopathic scoliosis. Clin. Biomech. (Bristol). 2019; 65: 81–6. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2019.03.013Liu Y., Pan A., Hai Y., Li W., Yin L., Guo R. Asymmetric biomechanical characteristics of the paravertebral muscle in adolescent idiopathic scoliosis. Clin. Biomech. (Bristol). 2019; 65: 81–6. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2019.03.013Chen G., Wu J., Chen G., Lu Y., Ren W., Xu W., et al. Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles. PLoS One. 2019; 14(7): e0220521. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220521Chen G., Wu J., Chen G., Lu Y., Ren W., Xu W., et al. Reliability of a portable device for quantifying tone and stiffness of quadriceps femoris and patellar tendon at different knee flexion angles. PLoS One. 2019; 14(7): e0220521. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0220521Mänttäri S., Rauttola A.P., Halonen J., Karkulehto J., Säynäjäkangas P., Oksa J. Effects of an exoskeleton on muscle activity in tasks requiring arm elevation: Part I – Experiments in a controlled laboratory setting. Work. 2024; 77(4): 1179–88. https://doi.org/10.3233/WOR-230217Mänttäri S., Rauttola A.P., Halonen J., Karkulehto J., Säynäjäkangas P., Oksa J. Effects of an exoskeleton on muscle activity in tasks requiring arm elevation: Part I – Experiments in a controlled laboratory setting. Work. 2024; 77(4): 1179–88. https://doi.org/10.3233/WOR-230217Kopecká B., Ravnik D., Jelen K., Bittner V. Objective methods of muscle tone diagnosis and their application – a critical review. Sensors (Basel). 2023; 23(16): 7189. https://doi.org/10.3390/s23167189Kopecká B., Ravnik D., Jelen K., Bittner V. Objective methods of muscle tone diagnosis and their application – a critical review. Sensors (Basel). 2023; 23(16): 7189. https://doi.org/10.3390/s23167189Mänttäri S., Rauttola A.P., Halonen J., Karkulehto J., Säynäjäkangas P., Oksa J. Effects of upper-limb exoskeleton on muscle strain in tasks requiring arm elevation: Part I – experiments in controlled laboratory setting with different shoulder angles; 2022. https://doi.org/10.2139/ssrn.4299796Mänttäri S., Rauttola A.P., Halonen J., Karkulehto J., Säynäjäkangas P., Oksa J. Effects of upper-limb exoskeleton on muscle strain in tasks requiring arm elevation: Part I – experiments in controlled laboratory setting with different shoulder angles; 2022. https://doi.org/10.2139/ssrn.4299796Zheng L., Lowe B., Hawke A.L., Wu J.Z. Evaluation and test methods of industrial exoskeletons in vitro, in vivo, and in silico: a critical review. Crit. Rev. Biomed. Eng. 2021; 49(4): 1–13. https://doi.org/10.1615/critrevbiomedeng.2022041509Zheng L., Lowe B., Hawke A.L., Wu J.Z. Evaluation and test methods of industrial exoskeletons in vitro, in vivo, and in silico: a critical review. Crit. Rev. Biomed. Eng. 2021; 49(4): 1–13. https://doi.org/10.1615/critrevbiomedeng.2022041509

The authors declare that there are no conflicts of interest present.