Андреа Финк, Немецкий исследовательский центр искусственного интеллекта GmbH, DFKI
Источник: Немецкий исследовательский центр искусственного интеллекта GmbH, DFKI.
Задачи мелкой моторики в космических условиях особенно сложны, и их сначала необходимо тренировать на Земле. Ученые из Немецкого исследовательского центра искусственного интеллекта (DFKI) и Университета Дуйсбург-Эссен (UDE) исследуют, подходит ли роботизированный экзоскелет, способный имитировать невесомость, для астронавтических тренировок.
У команды была возможность принять участие в 42-м параболическом полете DLR в Бордо, Франция, чтобы сравнить эффекты имитации невесомости с эффектами реальной невесомости.
Во время космических полетов астронавты часто сталкиваются с задачами, связанными с мелкой моторикой, такими как проведение ремонта или экспериментов, которые осложняются невесомостью космоса. Целенаправленное обучение этим навыкам особенно важно не только для повышения эффективности миссии, но и для обеспечения безопасности космонавтов. Раньше подобные полеты можно было отрабатывать на Земле только во время параболических полетов или в скафандре под водой.
Инновационная космическая тренировка с экзоскелетом
Ученые из Инновационного центра робототехники DFKI в Бремене и кафедры систем медицинских технологий Университета Дуйсбург-Эссен (UDE) работают над альтернативным и более экономически эффективным методом обучения.
В проекте NoGravEx они разработали инновационный подход к моделированию микрогравитации с помощью роботизированного экзоскелета. Технология способна определять и балансировать вес рук человека, заставляя их чувствовать себя невесомыми или такими же тяжелыми, как, скажем, Луна.
Исследователи проекта GraviMoKo в настоящее время изучают, какое влияние оказывает имитация невесомости на организм человека по сравнению с реальной невесомостью. Благодаря участию в 42-м параболическом полете DLR с 27 мая по 6 июня 2024 года в Бордо, Франция, они достигли важной вехи в проекте.
Во время параболических полетов специальные маневры набора высоты и спуска создают невесомость 31 раз примерно по 22 секунды каждый. Это время доступно научным группам для проведения экспериментов. Вместо запланированных трех полетов за три дня самолет Airbus A310 Zero G компании Novespace взлетал четыре раза, поскольку первый полет пришлось отменить всего после 16 парабол из-за технических проблем. Остальные параболы были завершены на второй день.
Экспериментальная установка и реализация
Эксперимент с экзоскелетом был одним из одиннадцати избранных экспериментов на борту самолета, в нем приняли участие шесть испытуемых. Однако, чтобы компенсировать отсутствие некоторых подопытных, к миссии заранее подготовились дополнительные люди.
Задача испытуемых заключалась в том, чтобы в невесомости попасть в центр мишени на сенсорном экране указательным пальцем правой руки. Рука была закрыта накидкой, чтобы избежать оптической коррекции движений. В ходе эксперимента регистрировали активность мышц рук, активность мозга и вариабельность сердечного ритма испытуемых, а также траектории их движения.
Половина испытуемых уже практиковали это задание в лаборатории с активным экзоскелетом в условиях имитируемой невесомости, остальные были неподготовлены или только знакомы с экспериментальной установкой; В отличие от наземных испытаний, в параболических полетах использовались пассивные системы. Две идентичные экспериментальные установки позволяли одновременно участвовать в каждом полете двум испытуемым.
Заменяющий человек, оснащенный всеми датчиками, мог вмешаться, если испытуемые почувствовали себя плохо, а также действовать в качестве оператора и лица поддержки.
Эксперименты в основном прошли по плану; из-за тошноты пришлось заменить только одного участника. По итогам десятидневной кампании исследователи были очень довольны результатами.
Руководитель проекта проф. Эльза Кирхнер, Университет Дуйсбург-Эссен/DFKI, говорит: «Мы проделали отличную работу в нашей первой кампании параболических полетов и собрали все запланированные данные. Несмотря на усилия и недосып, команда сработала отлично. Теперь пришло время оценить очень обширные данные».
Анализ данных и потенциальные применения
Анализируя данные, исследователи хотят выяснить, позволяют ли тренировки с экзоскелетом в моделируемой невесомости перенести полученные навыки в реальную невесомость и улучшить навыки космонавтов. Это могло бы помочь подготовить астронавтов к задачам будущих космических миссий и оптимизировать их работу в экстремальных условиях космоса.
Помимо космических путешествий, новая технология также может принести пользу наземным приложениям, таким как реабилитация. Экзоскелет, используемый и доработанный в проектах NoGravEx и GraviMoKo, изначально был разработан в ДФКИ для реабилитационной терапии.
Благодаря возможности индивидуальной компенсации веса система может обеспечить еще более индивидуальную поддержку людям с ограниченными физическими возможностями, например, после инсульта.
Информация от: Немецким исследовательским центром искусственного интеллекта GmbH, DFKI.
