Inżynierowie chcą zaradzić chorobie lokomocyjnej podczas podróży kosmicznych

W narożnym pokoju budynku naukowo-technicznego inżynierii kosmicznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Boulder Torren Clark wybiera się na wycieczkę.

Profesor nadzwyczajny przyczepia się do czegoś, co wygląda jak przerażający fotel dentystyczny umieszczony na metalowym rusztowaniu, które z kolei spoczywa na okrągłej podstawie. Całość przypomina atrakcję karnawałową.

I w pewnym sensie tak jest.

„Thorin, jesteś gotowy, aby zacząć?” Absolwentka Taylor Lohner woła sprzed ekranu przedstawiającego kilka widoków Clarka. „W ciągu 2 minut osiągnę prędkość 5 obr./min.”

Clark wskazuje kciukiem i zaczyna się kręcić, najpierw powoli, potem coraz szybciej. Krzesło kręci się po pomieszczeniu, tworząc siłę odśrodkową, która wciska jego ciało z powrotem w zagłówek.

Kiedy maszyna zwalnia, a Clark wraca na stały grunt, wydaje się być nieco chwiejny, ale w dobrym nastroju.

„To w zasadzie wygląda jak grawitron” – mówi, nawiązując do wywołujących mdłości karuzel, które stały się stałym elementem jarmarków okręgowych w latach 80.

Zespół z Ann i HJ Smid Wydział Nauk Inżynierii Lotniczej Wykorzystuje tę maszynę jako jeden z etapów eksperymentu mającego na celu odtworzenie doświadczenia, jakiego doświadczyło tylko kilka osób: szoku związanego z przejściem z jednego środowiska grawitacyjnego, takiego jak przestrzeń, do innego, takiego jak powierzchnia Ziemi. Kolekcja dotyczy w szczególności tego, co dzieje się, gdy astronauci wracają do domu i lądują swoim statkiem kosmicznym na środku wzburzonego oceanu.

Lohner powiedział, że dezorientacja i choroba lokomocyjna od dawna są niedocenianą rzeczywistością związaną z eksploracją kosmosu. Badania pokazują, że większość astronautów i kosmonautów zachorowała podczas lądowania na wodzie, co jest stosunkowo niewielkim schorzeniem, które może stać się poważne, jeśli odczuwający mdłości członkowie załogi nagle będą musieli zareagować w przypadku katastrofy.

Loner powiedział, że leczenie tej choroby lokomocyjnej będzie zyskiwać na znaczeniu w miarę, jak coraz więcej ludzi będzie podróżować w przestrzeń kosmiczną i przebywać tam przez dłuższy czas. W Ostatnie eksperymenty laboratoryjneZespół odkrył, że gogle wirtualnej rzeczywistości mogą pomóc astronautom w utrzymaniu uziemienia po wylądowaniu w oceanie. Technologia ta może zapewnić ludziom kojące obrazy krajobrazów, na które można patrzeć, podobnie jak podczas oglądania linii horyzontu z pokładu łodzi.

Zespół zaprezentował swoje ustalenia w tym miesiącu na dorocznej konferencji NASA Warsztaty dla badaczy programu badań nad ludźmi (Galveston, Teksas).

„Zwiększamy tę całą bańkę eksploracji kosmosu” – powiedział Lohner. „Ale ludzie nie będą chcieli tego robić, jeśli będą się czuli nieszczęśliwi, gdy dostaną się do mikrograwitacji i kiedy wrócą na Ziemię”.

Poleciał do morza

Dla inżyniera lotnictwa jest to pytanie osobiste, ponieważ nie może otworzyć książki w samochodzie, nie odczuwając mdłości. Według jednej z hipotez choroba lokomocyjna, taka jak zawroty głowy, wynika z pewnego rodzaju niedopasowania między ciałem a mózgiem.

„Kiedy znajdujesz się w poruszającym się środowisku, twoje ciało wyczuwa otoczenie, ale twój mózg również podtrzymuje oczekiwania dotyczące tego, co powinieneś wyczuć, na podstawie przeszłych doświadczeń” – powiedział Lohner. „Kiedy te dwie rzeczy różnią się przez długi czas, pojawia się choroba lokomocyjna”.

Na nieszczęście dla astronautów kosmos jest pełen tego rodzaju niespójności.

Na przykład, kiedy ludzie po raz pierwszy uwolnią się z atmosfery ziemskiej, ich mózgi spodziewają się, że ich ciała doświadczą przyciągania w dół ze strony warunków grawitacyjnych, które nie istnieją w kosmosie. W rezultacie około 60% do 80% astronautów doświadcza czegoś, co naukowcy nazywają „kosmiczną chorobą lokomocyjną”, która może trwać kilka dni lub nawet dłużej. (Rosyjski kosmonauta niemiecki Titow ma wątpliwy zaszczyt bycia pierwszym człowiekiem, który zwymiotował w kosmosie, kiedy zgubił lunch w statku kosmicznym Wostok 2.)

W oddzielnym badaniu Clark i współpracownicy właśnie tego dokonali Badanie, czy badacze kosmosu mogą zmniejszyć chorobę lokomocyjną w kosmosie Poprzez proste ćwiczenia, takie jak ostrożne przechylanie głowy.

Jednak złe uczucia mogą się również pojawić, gdy astronauci powrócą na Ziemię. NASA planuje w tym dziesięcioleciu wysłać ludzi na Księżyc na pokładzie statku kosmicznego Orion lub Dragon. Kiedy Orion w szczególności powróci na Ziemię, prawdopodobnie wyląduje w oceanie gdzieś u wybrzeży Kalifornii. Tam astronauci mogą podskakiwać na falach nawet przez godzinę, czekając na ratunek.

To nie jest ładny obraz: „Jeśli spojrzysz na Oriona i Smoka, zobaczysz tylko kilka okien, które nie wystarczą, aby zapewnić astronautom stały widok na Ziemię” – powiedział Lohner.

Spacer po lesie

Wracając do CU Boulder, w laboratorium znajdującym się na końcu korytarza od wirówki dla ludzi, Clark wchodzi do innej maszyny.

Pomalowana na niebiesko metalowa kostka ma wielkość małej sypialni. Wcześniej znajdował się w Johnson Space Center NASA w Houston i jest tak duży, że zespół musiał dostarczyć go do budynku w kawałkach, a następnie ponownie zmontować na miejscu.

Gdy Clark usadowi się na krześle w środku i zamknie drzwi, masywne urządzenie ożywa i zaczyna się poruszać, przesuwając się po torze na podłodze. Porusza się w linii prostej z jednego końca pomieszczenia na drugi przez kilka minut.

„Ma się wrażenie, że kołysze się w przód i w tył” – mówi Clark.

W rzeczywistości można odnieść wrażenie, że fale kołyszą się w tę i z powrotem. Naukowcy zaprogramowali ruch sań, opierając się na danych z prawdziwych boi na Pacyfiku.

W jednym z niedawnych eksperymentów zespół zastosował dwuetapowe podejście do symulacji choroby lokomocyjnej występującej podczas lądowania na wodzie: najpierw grupa wirowała 30 osób przez godzinę w wirówce. Ten obrót naśladuje dezorientację, jakiej doświadczają astronauci, gdy nagle przechodzą od mikrograwitacji do surowej grawitacji Ziemi.

Następnie badacze kołysali badanych na sankach przez maksymalnie godzinę. Jeśli to brzmi jak przepis na nudności, to rzeczywiście tak jest, powiedział Lohner.

Dodała jednak, że zespół dał każdemu z uczestników parę gogli wirtualnej rzeczywistości do noszenia. Połowa badanych widziała obraz statycznej białej kropki na czarnym tle. Ale inne obiekty uzyskały znacznie bogatszy obraz – cyfrową dżunglę z kilkoma animacjami ludzi na dużą skalę. Te lasy też poruszały się wraz z saniami. Kiedy się ślizgają lub pochylają, to samo robią drzewa i ludzie.

„To jak wirtualne okno” – powiedział Lohner.

To też się udało. Lohner wyjaśnił, że jeśli ludzie doświadczają łagodnych objawów choroby lokomocyjnej dłużej niż dwie minuty, opuszczają eksperyment. Tylko jedna trzecia osób noszących gogle z białą kropką wytrzymała na sankach pełną godzinę. Natomiast około 80% osób, które widziały las, przeżyło tę mękę.

Otwiera się okno

Naukowcy opierają się na swoich odkryciach, badając na przykład, czy dodanie większej ilości informacji do sceny leśnej mogłoby pomóc w dalszym zmniejszeniu nudności. Są jednak optymistami, że wirtualna rzeczywistość może dać astronautom powracającym na Ziemię odrobinę wytchnienia.

Lohner postrzega projekt jako sposób na udostępnienie eksploracji kosmosu większej liczbie osób, w tym osobom takim jak ona, które chorują w samolotach. Niektóre wnioski wyciągnięte z badań wykorzystała nawet w swoim życiu.

„Uświadomiłem sobie, że jest gorzej, gdy okno jest zamknięte i nie widzę przepływających chmur” – powiedział Lohner. „Teraz zawsze będę otwierać okno, żeby popatrzeć na chmury”.