Ханна Вайс демонстрирует задачу многонаправленного постукивания, выполняемую с помощью очков дополненной реальности (AR). Кредит: Ханна Вайс
При переходе из микрогравитации космического корабля в богатую гравитацией среду Луны или Марса астронавты испытывают дефицит перцептивных и двигательных функций. Вестибулярная система внутреннего уха, которая определяет положение и движение головы, должна адаптироваться, чтобы по-новому интерпретировать новые сигналы гравитации.
Команда под руководством Мичиганского университета, в которую входят исследователи из лаборатории биоастронавтики Университета Колорадо в Боулдере и лаборатории нейробиологии НАСА в Космическом центре Джонсона, разработала задачу многонаправленного прослушивания, проводимую в дополненной реальности (AR), для обнаружения сенсомоторных нарушений, аналогичных тем, которые наблюдаются у астронавтов после космический полет.
Результаты, опубликованные в журнале Aerospace Medicine and Human Performance, могут помочь в принятии решений об операциях миссии, установив, когда астронавты могут выполнять задачи, требующие полной координации, такие как пилотирование транспортных средств или управление другими сложными системами.
Полевые испытания для оценки сенсомоторных нарушений ранее проводились после возвращения членов экипажа Международной космической станции на Землю. Большая часть экипажа полностью восстановила способность выполнять вестибулярные координационные тесты в течение двух-четырех дней после приземления. Однако во время выздоровления члены экипажа получали интенсивное лечение у специалистов по силовой, физической подготовке и реабилитации.
При гравитационном переходе к пунктам назначения за пределами Земли астронавтам понадобится метод проверки восстановления в ограниченном пространстве своего космического корабля без помощи экспертов.
«Космос на самом деле представляет собой разновидность телемедицины, где нам нужно принимать решения без присутствия экспертов. Инструменты, поддерживающие принятие решений, могут сделать будущие космические миссии более эффективными и помочь снизить риски», — сказала Лея Стирлинг, соавтор статьи и доцент кафедры промышленной и операционной инженерии и робототехники Мичиганского университета.
Исследовательская группа разработала задачу координации рук и глаз, рассматриваемую через очки AR, как легкое и компактное решение. Этот формат позволяет отслеживать движения рук и глаз, позволяя пользователям просматривать свое физическое окружение вместе с перцептивной информацией, генерируемой компьютером.
AR облегчает разработку индивидуальных оценок, адаптируя функциональные задачи для удовлетворения требований миссии или индивидуальных потребностей экипажа. Используя встроенные датчики, эти оценки на основе дополненной реальности отслеживают и анализируют зрительно-моторную координацию астронавтов, кинематику головы и показатели производительности для конкретных задач, предлагая ценную информацию об их сенсомоторных способностях.
«Данные оценок на основе AR позволяют получать целенаправленную обратную связь и создавать персонализированные программы реабилитации или контрмеры», — сказала Ханна Вайс, соавтор статьи и аспирантка Мичиганского университета.
Задача зрительно-моторной координации включает в себя 16 целей, адаптированных на основе установленного стандарта взаимодействия человека и компьютера, голографически проецируемых в физическое пространство пользователя и расположенных в равноудаленном круговом массиве. Цель состоит в том, чтобы как можно быстрее и точнее поразить цели в заранее определенной последовательности.
Чтобы проверить влияние вестибулярных нарушений на эту задачу, исследователи применили электрическую стимуляцию к сосцевидным отросткам участников исследования, сразу за ухом, чтобы нарушить их ощущение движения. Судя по покачивающимся движениям участников, образовавшиеся в результате вестибулярные нарушения имитировали вестибулярную дезориентацию, которую астронавты испытывали от одного до четырех часов после полета.
И скорость, и точность обнаружения целей снизились после вестибулярной стимуляции, что указывает на то, что этот тип нарушений может препятствовать способности экипажа определять известные местоположения целей, находясь в статическом положении стоя. Линейное ускорение головы также увеличилось, что указывает на то, что попытка сохранить равновесие мешала их работе.
Будущие исследования будут направлены на изучение задач по балансированию и подвижности, которые дополнят эту оценку зрительно-моторной координации и позволят получить более четкую картину адаптации астронавта к местной гравитации. Перед развертыванием также необходимо будет определить пороговые значения готовности для принятия решений. Вайс, ныне инженер-исследователь человеческого фактора в Космическом центре имени Джонсона НАСА, расширяет эту работу, чтобы поддержать испытания астронавтов.
«Мы будем тестировать эту задачу в условиях микрогравитации в рамках программы в Aurelia Aerospace, которая позволит студентам проводить исследования в моделируемой микрогравитации с использованием параболического полета», — сказал Ситрлинг.
«Сенсомоторные проблемы представляют серьезный риск для членов экипажа, и мы работаем над использованием электрической вестибулярной стимуляции для обучения астронавтов работе в этих нарушенных состояниях перед космическим полетом, чтобы улучшить их результаты», — сказал Аарон Оллред, первый автор статьи и аспирант. биоастронавтики в Университете Колорадо в Боулдере.
«Здесь, на Земле, парадигмы оценки и нарушений, которые мы разрабатываем, могут помочь в телемедицинской помощи пациентам, например, тем, у кого с возрастом наблюдается вестибулярная потеря», — добавил Оллред.
Информация от: Инженерным колледжем Мичиганского университета.
