Eksoskeletonien vaikutusten arviointi teollisuustyössä: havaintoja mittareiden soveltuvuudesta pilottitutkimuksessa 

Tiivistelmä

Fyysisesti kuormittava teollisuustyö altistaa tuki- ja liikuntaelimistön vaivoille, minkä vuoksi eksoskeletonit ovat herättäneet kiinnostusta työn kuormituksen keventäjinä. Tässä artikkelissa tarkastellaan Satakunnan ammattikorkeakoulun RoboAI-tutkimuskeskuksessa toteutettua pilottitutkimusta, jossa arvioitiin teollisuuteen suunnattujen eksoskeletonien vaikutusten mittaamiseen soveltuvia menetelmiä. Kuusi vapaaehtoista suoritti dynaamista nostotyötä ja kädet koholla työskentelyä sekä ilman eksoskeletonia että sen kanssa. Mittareiden käytettävyys osoittautui keskeiseksi tekijäksi: osa objektiivisista mittauksista häiritsi työn luonnollista suorittamista, kun taas eksoskeletonin oma käyttötieto ja sykeranneke vaikuttivat soveltuvan paremmin kenttätutkimukseen. Käyttäjäkokemusta kartoitettiin lisäksi haastatteluilla, kyselyillä ja ergonomian havainnoinnilla. Näiden perusteella istuvuus, totuttelu ja työtehtävään soveltuvuus näyttäytyivät keskeisinä teknologian hyväksyttävyyteen ja tulosten tulkintaan vaikuttavina tekijöinä. Pilottiaineiston tulokset viittasivat lihasaktiivisuuden vähenemiseen tuetuissa kehon osissa, mutta myös kuormituksen mahdolliseen siirtymiseen muualle kehoon. Oikeanlaiset mittarivalinnat ovat olennaisia, jotta eksoskeletonien hyödyistä voidaan tuottaa luotettavaa näyttöä työelämään. Koska kyseessä oli pieni laboratorioympäristössä toteutettu pilottitutkimus, tulokset ovat alustavia ja painottuvat ennen kaikkea mittareiden sekä tutkimusasetelman toimivuuden arviointiin. Jatkossa tarvitaan pitkäaikaista tutkimusta aidoissa teollisissa ympäristöissä. 

Johdanto 

Suomessa tavallisimpia sairauspoissaolojen syitä ovat työhön liittyvät tuki- ja liikuntaelimistön vaivat, joista suuri osa liittyy selkäsairauksiin (Oksa ym., 2022, s. 3). Raskaat nostot, kumarat ja kiertyneet työasennot sekä staattinen kuormitus lisäävät näiden vaivojen riskiä. Myös pitkäkestoinen kädet koholla työskentely kuormittaa tuki- ja liikuntaelimistöä (Mänttäri ym., 2021, s. 3). Monilla teollisuuden aloilla fyysisesti kuormittavat nostotilanteet ja käsien kannattelu ovat arkipäivää (Al-Khiami ym., 2024, s. 1; Mänttäri ym., 2021, s. 3). Työperäiset tuki- ja liikuntaelinvammat lisäävät sairauspoissaoloja ja varhennettua eläköitymistä (Al-Khiami ym., 2024, s. 1), minkä vuoksi työturvallisuuden kehittämiseen tarvitaan uusia ratkaisuja. 

Eksoskeletonit eli kehon ulkoiset tukirangat tarjoavat mahdollisuuden keventää fyysisesti raskasta työtä ja tukea työssä jaksamista (Saurio ym., 2023, s. 5). Eksoskeleton-teknologia onkin kehittynyt viime vuosina nopeasti, ja markkinoille on tullut useita teolliseen työhön suunnattuja ratkaisuja. Erityisesti passiivisia, yläraajoja ja selkää tukevia eksoskeletoneja on jo käytössä tai kokeilussa erilaisissa työympäristöissä, kuten teollisuudessa, logistiikassa ja terveydenhuollossa (Baldassarre ym., 2022).  

Tutkimusnäytön perusteella eksoskeletonit voivat vähentää lihasaktiivisuutta erityisesti niillä kehon alueilla, joita laite on suunniteltu tukemaan. Esimerkiksi yläraaja-eksoskeletonien on todettu vähentävän lihasaktiivisuutta kädet koholla tehtävissä työtehtävissä, ja selkää tukevien eksoskeletonien on raportoitu keventävän selän kuormitusta nosto- ja kumartumistehtävissä (Ali ym., 2021; Moeller ym., 2022). Vaikutukset eivät kuitenkaan ole yksiselitteisiä, sillä kuormitusta voi samalla siirtyä muille kehon alueille tai laite voi vaikuttaa työasentoihin, liikkumiseen ja työtehtävän suoritusnopeuteen (Luger ym., 2021). Tämän vuoksi eksoskeletonien hyötyjä on tarpeen tarkastella yksittäisiä kuormitusmuutoksia laajemmin sekä suhteessa työtehtävään, käyttäjään ja käyttöympäristöön. 

Vaikka kiinnostus eksoskeleton-teknologiaa kohtaan on kasvanut, laajamittainen käyttöönotto on edelleen rajallista, sillä laitteiden todellisen hyödyn osoittaminen ei ole yksiselitteistä. Aiemmissa tutkimuksissa on tunnistettu tarve lisätiedolle erityisesti pitkäaikaisvaikutuksista, turvallisuudesta, mukavuudesta ja tuottavuuteen liittyvistä vaikutuksista (Golabchi ym., 2022). Vaikuttavuuden luotettava arviointi edellyttääkin toimivia mittausmenetelmiä sekä kokonaisvaltaista tarkastelua, jossa huomioidaan yksittäisen lihasaktiivisuuden muutoksen lisäksi työasennot, työtehtävän vaatimukset ja käyttäjän kokemus laitteen soveltuvuudesta arjen työhön (Baldassarre ym., 2022; Golabchi ym., 2022; Ralfs ym., 2023). 

Tässä artikkelissa tarkastellaan Satakunnan ammattikorkeakoulun RoboAI-tutkimuskeskuksessa toteutettua pilottitutkimusta, jossa arvioitiin teollisuuteen suunnattujen eksoskeletonien vaikutusten mittaamiseen soveltuvia menetelmiä. Tarkastelun kohteena ovat erityisesti mittarien käytettävyys, niiden soveltuvuus jatkotutkimukseen sekä tekijät, jotka on huomioitava, kun eksoskeletonien vaikutuksia arvioidaan työtehtävän, käyttäjän ja käyttöympäristön näkökulmista. 

Tavoitteet ja menetelmät 

Pilottitutkimus toteutettiin Satakunnan ammattikorkeakoulun RoboAI-tutkimuskeskuksen laboratoriotiloissa. Sen tavoitteena oli 1) testata mittareiden toimivuutta käytännössä ja 2) tunnistaa tekijöitä, jotka rajoittavat niiden käyttöä teollisissa tutkimusasetelmissa. Tutkimukseen osallistui kuusi tervettä vapaaehtoista Satakunnan ammattikorkeakoulusta.  

Koeasetelma muodostui kahdesta teolliselle työlle tyypillisestä kuormittavasta työtehtävästä: dynaamisesta nostotyöstä (kuva 1) ja kädet koholla työskentelystä. Molemmissa tehtävissä käytettiin tehtävän kuormitusprofiiliin soveltuvaa eksoskeletonia. Vertailuasetelman muodostamiseksi osallistujat suorittivat työtehtävät sekä ilman eksoskeletonia että sen kanssa. Tämän asetelman avulla voitiin arvioida mittausmenetelmien toimivuutta sekä tehdä alustavia havaintoja siitä, miten laitteen käyttö näkyi fyysisessä kuormituksessa ja käyttäjäkokemuksessa. 

Tutkimuksessa hyödynnettiin monimenetelmällistä lähestymistapaa. Fyysistä kuormitusta arvioitiin objektiivisilla mittausmenetelmillä, joilla tarkasteltiin työtehtävien aikaista kehon kuormittumista. Näitä olivat: lihasaktiivisuuden mittaus (Myontech & Shimmer 3), sydämen sähköisen toiminnan mittaus (Shimmer 3 -EKG-mittaus), ihon sähkönjohtavuuden mittaus (Shimmer 3 -GSR-mittaus), pulssiaallon mittaus (Shimmer 3 -PPG-mittaus), Apogee-eksoskeletonin tuottama käyttötieto sekä sykerannekkeen avulla toteutettu fysiologisen kuormituksen seuranta. Mittareiden tarkempi kuvaus lähteessä (Anttonen, 2026). 

Käyttäjäkokemusta kerättiin haastattelujen avulla, jotta saatiin tietoa osallistujien kokemuksista, laitteen käytettävyydestä ja sen soveltuvuudesta työtehtäviin. Lisäksi aineistoa täydennettiin fysioterapeutin tekemällä ergonomisella havainnoinnilla, jonka avulla arvioitiin työasentoja, liikkumista ja työtehtävän suorittamista tutkimustilanteessa. 

Tulokset 

Alustavat havainnot eksoskeletonien vaikutuksista 

Tämän pilottitutkimuksen ensisijainen tavoite oli arvioida mittausmenetelmien ja tutkimusasetelman toimivuutta. Eksoskeletonien kuormitusvaikutuksiin liittyvät havainnot esitetään alustavina, koska aineisto oli pieni eikä tutkimusta oltu suunniteltu vaikuttavuuden osoittamiseen. Tulokset on kuvattu kattavammin lähteessä (Anttonen, 2026). 

Kuten aiemmissa tutkimuksissa, myös tässä pilottitutkimuksessa saatiin viitteitä siitä, että eksoskeletonien käyttö voi vähentää lihasaktiivisuutta niissä työtehtävissä ja kehon osissa, joiden tukemiseen laitteet on suunniteltu. Dynaamisessa nostotyössä havaittiin etureisien lihasaktiivisuuden vähenemistä, ja kädet koholla työskentelyssä olkalihasten aktiivisuus pieneni erityisesti staattisen pidon aikana. Nämä alustavat havainnot viittaavat fyysisen kuormituksen kevenemiseen. Samalla tulokset kuitenkin viittaavat myös siihen, että kuormitus voi jakautua uudelleen kehon eri osiin, mikä tulee huomioida eksoskeletonien vaikutuksia arvioitaessa. 

Käyttäjäkokemusten perusteella eksoskeletonien käytettävyys arvioitiin pääosin hyväksi, ja teknologia koettiin kiinnostavana. Kokemukset vaihtelivat kuitenkin laitetyypin ja työtehtävän mukaan. Erityisesti yläraaja-eksoskeletonin käyttö edellytti enemmän totuttelua, ja sen soveltuvuus työtehtävään koettiin yksilöllisemmin. Laitteen istuvuuteen ja liikkumisen sujuvuuteen vaikuttivat käyttäjän vartalon mittasuhteet sekä eksoskeletonin rakenteelliset ominaisuudet. 

Mittareiden soveltuvuuden alustava arviointi 

Mittausmenetelmien arvioinnissa korostui mittareiden käytännön soveltuvuus. Objektiivisissa mittauksissa ilmeni teknisiä ongelmia ja liikehäiriöitä, jotka heikensivät aineiston laatua ja tulosten luotettavuutta. Lisäksi mittalaitteiden johdot, antureiden sijoittelu ja mittausjärjestelyt häiritsivät joissakin tilanteissa luonnollista liikkumista ja työtehtävän suorittamista. Näiden havaintojen perusteella laadittiin teolliseen ympäristöön soveltuvien mittareiden arviointitaulukko jatkotutkimusten tueksi (taulukko 1). 

Käyttäjäkokemuksen arvioinnissa haastattelut osoittautuivat kyselyitä informatiivisemmiksi. Ne tuottivat yksityiskohtaisempaa tietoa eksoskeletonien käytöstä, käyttömukavuudesta, istuvuudesta ja koetusta soveltuvuudesta työtehtäviin. Havainnot tukevat sitä, että laadullinen aineisto ja ergonominen havainnointi täydentävät määrällisiä mittauksia erityisesti silloin, kun pyritään ymmärtämään mittaustuloksiin vaikuttavia tekijöitä ja tutkimusasetelman toimivuutta. 

Kokonaisuutena pilotti osoitti, että eksoskeletonien arviointi edellyttää objektiivisten mittausten, käyttäjäkokemusta kuvaavan aineiston ja ergonomisen havainnoinnin yhdistämistä. Mittausmenetelmien käytettävyys, tutkimusasetelman toimivuus ja työtehtävän yhteensopivuus käytetyn eksoskeletonin kanssa näyttäytyivät keskeisinä tulosten luotettavuuteen vaikuttavina tekijöinä. 

Taulukko 1. Mittaustulosten luotettavuuteen vaikuttaneet tekijät ja mittarien soveltuvuuden arviointi teolliseen ympäristöön. 

Vertailuasetelma ilman eksoskeletonia ja sen kanssa osoittautui käyttökelpoiseksi, koska se mahdollisti sekä objektiivisen mittaustiedon että subjektiivisen käyttäjäkokemuksen tarkastelun. Tulosten tulkinnassa on kuitenkin huomioitava, että työtehtävien kuormittavuus, laitteiden esitestaus ja eksoskeletonin soveltuvuus valittuun tehtävään vaikuttivat mittausten onnistumiseen. Erityisesti työtehtävän ja käytetyn eksoskeletonin välinen yhteensopivuus nousi keskeiseksi luotettavien mittaustulosten edellytykseksi. 

Pohdinta 

Pilottitutkimus korostaa, että eksoskeletonien vaikutuksia ei voida arvioida vain yhden kehon alueen tai yksittäisen mittarin perusteella. Tulokset näyttävät, että niiden arviointi on yhtä paljon mittaamisen kuin itse intervention tutkimista. Aiemman tutkimuskirjallisuuden tavoin myös tässä tutkimuksessa tuli esiin, että laitteen vaikutukset riippuvat työtehtävästä, käyttäjästä ja siitä, miten kuormitus kohdistuu tai mahdollisesti siirtyy kehossa (Luger ym., 2021; Moeller ym., 2022). Tämän vuoksi eksoskeletonien arvioinnissa tulisi huomioida samanaikaisesti työtehtävä, työasento, käyttäjän ominaisuudet ja laitteen soveltuvuus käyttökontekstiin (Golabchi ym., 2022; Luger ym., 2021). 

Käyttäjäkokemukseen liittyvät havainnot korostavat, että eksoskeletonin hyväksyttävyys ei määräydy vain laitteen teknisten ominaisuuksien perusteella, vaan myös sen mukaan, miten hyvin se sopii käyttäjälle ja työtehtävään. Tämä tukee aiempaa tutkimusta, jossa käyttäjäkokemus, mukavuus ja tehtäväsopivuus on tunnistettu keskeisiksi eksoskeletonien käyttöönottoon vaikuttaviksi tekijöiksi (Baldassarre ym., 2022; Ralfs ym., 2023). Tulokset viittaavat myös siihen, että laadulliset menetelmät, kuten haastattelut ja ergonominen havainnointi, ovat tarpeen objektiivisten mittausten rinnalla, jotta laitteen käytettävyyttä ja soveltuvuutta voidaan arvioida riittävän kokonaisvaltaisesti. 

Pilottitutkimuksen perusteella objektiivisten mittareiden soveltuvuus teolliseen ympäristöön riippuu ennen kaikkea siitä, kuinka hyvin mittaus voidaan toteuttaa häiritsemättä työn luonnollista suorittamista. Vaikka EMG-, EKG-, GSR- ja PPG-mittaukset voivat tuottaa tarkkaa tietoa fyysisestä kuormittumisesta, niiden käyttöä rajoittavat kenttäolosuhteissa tekniset häiriöt, hikoilu sekä johtojen ja antureiden sijoittelu. Pitkäkestoiseen teolliseen tutkimukseen soveltuvatkin parhaiten sellaiset mittausratkaisut, jotka kuormittavat käyttäjää mahdollisimman vähän ja integroituvat osaksi työskentelyä. Tässä suhteessa eksoskeletonin itse tuottama käyttötieto näyttäytyy lupaavana vaihtoehtona, jota voidaan täydentää kohdennetuilla EMG-, syke- tai muilla kuormitusmittauksilla tutkimuskysymyksen mukaan. Tällaiset lisämittaukset olisi perusteltua toteuttaa rajattuina jaksoina silloin, kun eksoskeletonin käyttö on käyttäjälle jo vakiintunutta eikä tuloksiin vaikuta ensisijaisesti käytön opettelu. 

Vastaavaa kohdennettua lähestymistapaa voidaan hyödyntää myös laadullisen aineiston keruussa. Pitkäkestoisissa kenttätutkimuksissa haastattelut, lyhyet kyselyt ja ergonominen havainnointi voidaan ajoittaa tutkimuksen keskeisiin vaiheisiin, kuten käyttöönottoon, totuttelujakson jälkeiseen arviointiin ja pidemmän käyttöjakson päättymiseen. Näin voidaan tarkastella, miten käyttäjäkokemukset, laitteen hyväksyttävyys ja koettu hyöty muuttuvat eksoskeletonin käytön vakiintuessa. Taulukossa 2 esitetään jatkotutkimusaiheita sekä niihin soveltuvia mittareita ja aineistoja. 

Jatkossa tarvitaan laajempia ja pidempikestoisia tutkimuksia todellisissa teollisissa työympäristöissä. Lyhyet laboratoriotutkimukset soveltuvat mittareiden ja tutkimusasetelman testaamiseen, mutta pitkäaikaisvaikutusten ja hyväksyttävyyden arviointi edellyttää kenttätutkimuksia. Niissä voidaan tarkastella myös käyttöön sitoutumista, koettua hyötyä, haittoja ja vaikutuksia työn sujuvuuteen. Esimerkiksi 24 viikon kenttätutkimus logistiikkatyöntekijöillä osoittaa tällaisten asetelmien tarpeen ja toteuttamiskelpoisuuden (Schrøder Jakobsen ym., 2025). Kiinnostavia jatkotutkimusaiheita ovat lisäksi konenäköön perustuva automaattinen seuranta sekä sellaisen subjektiivisen kokemuksen automatisoitu keruu, jonka käyttö edellyttää tietosuojan, hyväksyttävyyden ja mittaustarkkuuden huolellista arviointia. 

Taulukko 2. Ehdotuksia jatkotutkimusasetelmiksi ja niihin soveltuviksi mittareiksi. 

Johtopäätökset 

Johtopäätöksenä voidaan todeta, että eksoskeletonien vaikutusten arviointi edellyttää vertailuasetelmia, joissa työskentelyä tarkastellaan sekä eksoskeletonin kanssa että ilman sitä. Tämän pilottitutkimuksen perusteella eksoskeletonit voivat vähentää fyysistä kuormitusta niissä kehon osissa, joita ne on suunniteltu tukemaan, mutta vaikutukset eivät ole yksiselitteisiä, koska kuormitus voi samalla jakautua uudelleen kehon eri osiin. Jatkotutkimuksissa tarvitaan monimenetelmällisiä ja pidempikestoisia asetelmia, joissa huomioidaan työtehtävän vaatimukset, käyttäjien yksilölliset vartalon mittasuhteet ja laitteen soveltuvuus todelliseen käyttöympäristöön. Mittausjärjestelyt vaikuttivat merkittävästi työtehtävän luonnolliseen suorittamiseen, mikä asettaa rajoitteita objektiivisten mittareiden käytölle kenttätutkimuksessa. Kokeilluista mittareista pitkäkestoiseen teolliseen tutkimukseen lupaavimpana näyttäytyy eksoskeletonin itse tuottama käyttötieto, jota voidaan täydentää kohdennetuilla EMG-, syke- ja muilla kuormitusmittauksilla silloin, kun laitteen käyttö on käyttäjälle jo tuttua. Laadullinen aineisto, kuten haastattelut ja ergonominen havainnointi, on tärkeä täydentävä osa arviointia, koska sen avulla voidaan tarkastella käyttäjäkokemuksen, hyväksyttävyyden ja työn sujuvuuden muutoksia laitteen käytön vakiintuessa. Näin voidaan tuottaa tarkempaa tietoa siitä, millaisissa työtehtävissä, millaisille käyttäjille ja millaisin edellytyksin eksoskeletonit voivat tukea työskentelyä teollisissa ympäristöissä.