这些可穿戴设备可能会保护宇航员免受太空“死亡螺旋”的侵害

空间定向障碍对飞行员和宇航员来说都很危险。以下是微小的“振动触觉器”如何提供帮助。
Test subject tilting in spatial disorientation machine
如果你认为在驾驶飞机时迷失方向很可怕,想象一下在太空中发生这种情况。 Vivekanand P. Vimal

有一个航空术语叫做“死亡螺旋”—当飞行员扭曲的感官感知与仪器上的准确读数相矛盾时,会导致困惑并导致错误的航线修正。顾名思义,这常常导致悲惨的后果—许多专家认为,这个问题促成了约翰·肯尼迪(John F. Kennedy Jr.)1999年的致命坠机,以及1959年导致巴迪·霍利(Buddy Holly)、瑞奇·维伦斯(Ritchie Valens)和The Big Bopper丧生的悲剧。在夺走科比·布莱恩特(Kobe Bryant)生命2021年的直升机坠毁事件中,定向障碍也是原因之一。

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这种情况本身就足够可怕了—但想象一下在真空中漂浮时发生类似的情况。在没有重力作用且几乎没有参照点的情况下,在这种环境中工作很快就会变得令人晕头转向,并可能非常危险,因为宇航员会失去方向感。

尽管NASA宇航员接受了大量的训练来防范空间定向障碍,但这个问题仍然是一个巨大的担忧,尤其是在私营公司越来越多地扩展其自己的项目,包括太空旅游和政府合同。然而,多亏了一个研究团队,增强了振动触觉反馈的可穿戴传感器可能有一天会帮助宇航员感觉“脚踏实地”。

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布兰代斯大学(Brandeis University)阿什顿·格雷比尔空间定向实验室(Ashton Graybiel Spatial Orientation Lab)的研究科学家 Vivekanand P. Vimal 在最近的一篇简报中解释说:“长时间的太空飞行会带来许多生理和心理压力,使宇航员非常容易发生空间定向障碍。当定向障碍发生时,宇航员将无法再依赖自己一生都依赖的内部传感器。”

为了探索这些问题,Vimal 和他的同事进行了一系列涉及30名参与者的试验。该团队训练了10名参与者让他们对自己的前庭感觉(感知他们在空间中的位置和去向)持怀疑态度。另外10名志愿者接受了相同的训练,并增加了振动触觉器——附着在皮肤上的设备,会根据其地理空间位置而振动。最后10名参与者只接受了振动触觉器,没有任何训练。然后,受试者戴上眼罩和耳塞,背景播放白噪音,并进入一个故意令人晕头转向的“多轴旋转装置”(被称为MARS)。

与倒置的钟摆类似,MARS首先使直立的受试者围绕中心轴进行左右旋转,以模拟地球上日常的重力线索。然后,受试者使用两个操纵杆试图保持稳定,而不至于撞到两侧的碰撞边界。第二阶段涉及相同的参数,但驾驶舱水平倾斜(参与者面朝天花板),以更好地模拟没有地球重力参考点的太空环境。在每位受试者进行的40次试验中,20名(占30名)受试者身上的振动触觉器会在他们偏离中心平衡点太远时发出振动,从而可能提示他们使用操纵杆来纠正姿势。

Vimal 与合著者 Alexander Sacha Panic、James R. Lackner 和 Paul DiZio 一起,于11月3日在《生理学前沿》(Frontiers in Physiology上发表了研究结果。根据团队的研究结果,在模拟测试中,所有参与者最初都因前庭系统和振动触觉器之间输入冲突而感到定向障碍。在太空阶段,接受过传感器训练的参与者表现最好,而仅接受训练但没有可穿戴设备的参与者“坠毁”的次数更多。第三组也比其他两组更频繁地意外使自己失去平衡。然而,受试者在地球模拟位置的表现要好得多,无论是否有振动触觉器的帮助——Vimal 的团队推测,这些设备可能太弱了,或者参与者需要更多时间来适应这些设备。 

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通过进一步的测试和改进,Vimal 的团队认为工程师可以将类似的可穿戴设备集成到宇航服中,为宇航员在航天器内部和空间站外部提供方向辅助。它们可能只是小小的附加物,但它们可能能拯救探险家免于一些非常严重、可怕,甚至可能是致命的危险。

 

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