Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Met ruimtereizen komt bewegingsziekte. Deze ingenieurs willen helpen

Clark steekt zijn duim omhoog en begint te draaien – eerst langzaam, daarna sneller en sneller. De stoel draait rondjes door de kamer en creëert een middelpuntvliedende kracht die zijn lichaam terug in de hoofdsteun duwt.

Zodra de machine langzamer gaat werken en Clark weer op vaste grond staat, lijkt hij een beetje wiebelig, maar verder goedgehumeurd.

"Het voelt eigenlijk als een gravitron", zegt hij, verwijzend naar de draaiende, misselijkmakende ritten die in de jaren tachtig een vast onderdeel van de provinciale kermissen werden.

Het team van het Ann en H.J. Smead Department of Aerospace Engineering Sciences gebruikt deze machine als een stap in een experiment dat een ervaring wil nabootsen die maar weinig mensen ooit hebben:de schok van het overgaan van de ene zwaartekrachtomgeving, zoals de ruimte, naar de andere. zoals het aardoppervlak. In het bijzonder houdt de groep zich bezig met wat er gebeurt als astronauten naar huis terugkeren en in hun ruimtevaartuigen midden in een woelige oceaan landen.

Credit:Universiteit van Colorado in Boulder

Desoriëntatie en bewegingsziekte zijn lange tijd een ondergewaardeerde realiteit van ruimteverkenning geweest, zei Lonner. Uit onderzoeken blijkt dat een meerderheid van de astronauten en kosmonauten ziek is geworden tijdens waterlandingen – een relatief kleine aandoening die gevaarlijk zou kunnen worden als misselijke bemanningsleden plotseling op een ramp moeten reageren.

Het aanpakken van dergelijke reisziekte zal steeds belangrijker worden naarmate meer mensen de ruimte in reizen en daar lang blijven, zei Lonner. In recente laboratoriumexperimenten ontdekte het team dat een virtual reality-bril astronauten aan de grond zou kunnen houden als ze in de oceaan plonsen. Deze technologie kan mensen rustgevende beelden van een landschap bieden om naar te staren, vergelijkbaar met het kijken naar de horizon vanaf het dek van een boot.

Het team presenteerde zijn resultaten deze maand tijdens NASA's jaarlijkse Human Research Program Investigators' Workshop in Galveston, Texas.

"We vergroten deze hele zeepbel van ruimteverkenning", zei Lonner. "Maar mensen zullen dat niet willen doen als ze zich alleen maar ellendig voelen als ze microzwaartekracht bereiken en terugkeren naar de aarde."

Op drift op zee

Voor de lucht- en ruimtevaartingenieur is de vraag een persoonlijke vraag:ze kan tijdens autoritten niet eens een boek openslaan zonder misselijk te worden. Volgens één hypothese komt bewegingsziekte zoals die van haar voort uit een soort mismatch tussen lichaam en hersenen.

"Als je in een bewegende omgeving bent, voelt je lichaam je omgeving, maar je hersenen hebben ook een verwachting van wat je zou moeten waarnemen op basis van je ervaringen uit het verleden," zei Lonner. "Als deze twee dingen voor langere tijd niet met elkaar in overeenstemming zijn, word je wagenziek."

Helaas voor astronauten zit de ruimte vol met dit soort tegenstrijdigheden.

Wanneer mensen bijvoorbeeld voor het eerst loskomen uit de atmosfeer van de aarde, verwachten hun hersenen dat hun lichaam een ​​neerwaartse kracht van de zwaartekracht zal ervaren – omstandigheden die in de ruimte niet bestaan. Als gevolg hiervan heeft ongeveer 60% tot 80% van de ruimtereizigers last gehad van wat wetenschappers 'ruimtevaartziekte' noemen, wat een paar dagen of zelfs langer kan duren. (De Russische kosmonaut Gherman Titov heeft de twijfelachtige eer om de eerste mens te zijn die in de ruimte moest overgeven toen hij zijn lunch verloor in het Vostok 2-ruimtevaartuig).

In afzonderlijk onderzoek onderzoeken Clark en zijn collega's of ruimteverkenners bewegingsziekte in de ruimte kunnen verminderen door middel van eenvoudige oefeningen, zoals het voorzichtig kantelen van het hoofd.

Maar er kunnen ook vervelende gevoelens naar boven komen als astronauten terugkeren naar de aarde. NASA is van plan dit decennium mensen naar de maan te sturen aan boord van de ruimtevaartuigen Orion of Dragon. Wanneer vooral Orion naar de aarde terugkeert, zal hij waarschijnlijk ergens voor de kust van Californië in de oceaan ploffen. Daar kunnen astronauten wel een uur lang op en neer in de golven dobberen terwijl ze wachten op redding.

Het is geen mooi plaatje, zei Lonner:"Als je naar Orion en Dragon kijkt, zijn er maar een paar patrijspoorten die echt niet voldoende zijn om astronauten een vast zicht op de aarde te geven."

Wandelen in het bos

Terug bij CU Boulder, in een laboratorium verderop in de gang van de menselijke centrifuge, stapt Clark in een andere machine.

De blauw geschilderde metalen kubus heeft ongeveer de grootte van een kleine slaapkamer. Het bevond zich voorheen in het Johnson Space Center van NASA in Houston en is zo groot dat het team het in stukken naar het gebouw moest brengen en het vervolgens ter plekke weer in elkaar moest zetten.

Zodra Clark zichzelf op een stoel binnen heeft vastgemaakt en de deur heeft gesloten, komt het enorme apparaat tot leven en begint te bewegen, glijdend over een spoor op de vloer. Minutenlang slingert hij in een rechte lijn van het ene uiteinde van de kamer naar het andere.

"Je hebt het gevoel dat je heen en weer wordt gewiegd", zegt Clark.

In feite voelt het alsof je heen en weer wordt geschommeld door golven:de onderzoekers hebben de beweging van de slee geprogrammeerd op basis van gegevens van echte boeien in de Stille Oceaan.

In een recent experiment heeft het team een ​​aanpak in twee fasen gevolgd om de bewegingsziekte te simuleren die ontstaat door landingen op het water:eerst liet de groep dertig menselijke proefpersonen een uur lang ronddraaien in de centrifuge. Dat ronddraaien bootst de desoriëntatie na die astronauten ervaren wanneer ze plotseling overgaan van microzwaartekracht naar de hardheid van de zwaartekracht van de aarde.

Vervolgens wiegden de onderzoekers de proefpersonen een uur lang in de slee. Als dat klinkt als een recept voor misselijkheid, zegt Lonner, dan is dat zo.

Maar, voegde ze eraan toe, het team gaf elk van de proefpersonen ook een virtual reality-bril om te dragen. De helft van de proefpersonen zag een afbeelding van een vaste witte stip tegen een zwarte achtergrond. Maar de andere onderwerpen kregen een veel rijker beeld:een digitaal bos, compleet met een paar cartoonmensen voor de schaal. Die bossen bewogen ook samen met de slee. Als het gleed of kantelde, deden de bomen en de mensen dat ook.

"Het is als een virtueel venster", zei Lonner.

Het werkte ook. Lonner legde uit dat als proefpersonen langer dan twee minuten matige symptomen van bewegingsziekte ervaarden, ze het experiment verlieten. Slechts een derde van de mensen met een bril met alleen de witte stip bleef het hele uur in de slee zitten. Daarentegen overleefde bijna 80% van de proefpersonen die naar het bos keken de beproeving.

Er wordt een venster geopend

De onderzoekers werken aan het voortbouwen op hun resultaten en onderzoeken bijvoorbeeld of het toevoegen van meer informatie aan het boslandschap de misselijkheid nog meer kan helpen verminderen. Maar ze zijn optimistisch dat virtual reality astronauten die naar de aarde terugkeren een beetje verlichting kan bieden.

Lonner ziet het project als een manier om ruimteverkenning toegankelijk te maken voor meer mensen, inclusief mensen zoals zij die misselijk worden in vliegtuigen. Ze heeft zelfs enkele lessen uit haar onderzoek in haar eigen leven toegepast.

"Ik realiseerde me dat het erger is als het raam gesloten is en ik de wolken niet voorbij zie komen", zei Lonner. "Nu zal ik altijd het raam openzetten om naar de wolken te kijken."

Aangeboden door de Universiteit van Colorado in Boulder




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. In vijverschuim, wetenschappers vinden antwoorden op een evolutie die het eerst kwam gevallen
  2. Welke oorzaken smeren bij elektroforese?
  3. Kan een hersenscan je vertellen of je een crimineel gaat worden?
  4. Stervende zalm brengt de enorme viskwekerijindustrie van Noorwegen in moeilijkheden
  5. Wat maakt DNA-vingerafdrukken uniek?
  6. Puin van de tsunami van 2011 bracht honderden soorten over de Stille Oceaan
  7. Kun je later in je leven ambidexter worden? Het hangt er van af
  8. Zijn mensen echt afstammelingen van apen?
  9. 12-jarige studie van straatkatten onthult hoe populatieaantallen met succes onder controle kunnen worden

Wetenschap