Eine einfache Reise zum Roten Planeten würde bis zu neun Monate dauern. Während dieser Zeit könnten Astronauten an Bord der zum Mars fliegenden Raumsonde ihren Orientierungssinn und ihre Fähigkeit verlieren, oben und unten zu unterscheiden, was es schwierig machen würde, sich auf der Marsoberfläche zu orientieren. Um Astronauten auf Kurs zu halten, könnte ein tragbares Gerät ihre räumliche Orientierung verbessern – allerdings nur, wenn sie lernen, sich auf externe Sensoren zu verlassen, wenn ihre eigenen inneren Sinne sie versagen.
Als Wissenschaftler, der sich auf die bemannte Raumfahrt konzentriert, hat Vivekanand Vimal jahrelang erforscht, ob Technologie genutzt werden kann, um die Sinne von Astronauten zu erweitern, damit sie ihre biologischen Beschränkungen in einer anderen Welt überwinden können. „Unsere Biologie ist nicht für die Erforschung des Weltraums und all diese intensiven Manöver ausgelegt“, sagte Vimal gegenüber Gizmodo. „Und so gibt es die menschliche Augmentation, bei der Technologie eingesetzt wird, um unsere Fähigkeiten dort zu verbessern, wo sie sonst nicht so gut funktionieren würde.“
Vimal, Forscher am Ashton Graybiel Spatial Orientation Lab der Brandeis University und Autor eines neuen Papier veröffentlicht in Grenzen in der Physiologie, untersucht das menschliche Vestibularsystem, eine Ansammlung winziger Strukturen im Innenohr, auf die wir für das Gleichgewicht angewiesen sind. Auf der Erde zieht die Schwerkraft an den Otolithenorganen des Systems, kleinen Härchen mit Kristallen darauf, die Ihnen sagen, wie weit Sie von Ihrem Gleichgewichtspunkt geneigt sind. Im Weltraum führt die Abwesenheit der Schwerkraft jedoch dazu, dass Astronauten die Orientierung verlieren.
„Astronauten in der Mikrogravitation werden beim Abstieg kein klares Gespür dafür haben, wo oben ist, weil sie kein ausgeprägtes Gefühl für die Schwerkraft haben“, sagte Vimal.
Mit einem von ihm entwickelten mehrachsigen Rotationsgerät testete Vimal ein tragbares Gerät, sogenannte Virotaktoren, unter simulierten Raumflugbedingungen. Durch eine Reihe von Experimenten fand Vimal heraus, dass die Vibrotaktoren Astronauten dabei helfen könnten, räumliche Desorientierung zu bekämpfen, wenn sie mit einem speziellen Training kombiniert werden, das es ihnen ermöglicht, sich auf eine Maschine statt auf ihre natürlichen Gravitationssignale zu verlassen.
Die Vibrotaktoren verwenden Vibrationssignale, während sie an den Armen der Astronauten befestigt sind, um anzuzeigen, wo sie sich in ihrer Umgebung befinden, ob sie auf dem Kopf steht oder zur Seite geneigt ist. Im Labor wurden etwa 30 Personen mit verbundenen Augen an ein Rotationsgerät mit einem Joystick in einer Hand befestigt, um zu versuchen, sich in eine aufrechte Position zu bringen. Die Teilnehmer der Studie wurden in drei Gruppen aufgeteilt: Eine fuhr ohne Hilfe auf dem Simulatorgerät, eine andere hatte die Vibrotaktoren angebracht und eine dritte mit beiden.
Einige der Studienteilnehmer erhielten ein zusätzliches Training, um ihnen zu helfen, sich von ihren inneren Sinnen zu lösen. Anstatt also mit einem Gleichgewichtspunkt direkt in der Mitte zu beginnen, wurde ihre Startposition jedes Mal zufällig bestimmt, was sie dazu zwang, sich darauf zu verlassen, dass das Vibrationsgerät ihnen sagt, wo sie sich im Raum befinden, anstatt zu versuchen, ihre instinktiven Gravitationssignale zu nutzen. Aufgrund ihrer speziellen Ausbildung schnitt diese Gruppe deutlich besser ab als die anderen.
Obwohl die Gruppe, die mit den Vibrotaktoren trainierte, sagte, sie vertraue dem Gerät, kam es dennoch zu Konflikten zwischen ihren inneren Signalen und den an ihren Armen spürbaren Vibrationen. Infolgedessen vertrauten sie dem Gerät immer noch nicht genug, um sich in einer Hochdrucksituation wie der Landung eines Raumschiffs instinktiv darauf zu verlassen. „Nur weil man diesen Geräten kognitiv vertraut, heißt das nicht, dass man sich auf sie verlässt, denn um sie zu nutzen, muss man sehr schnell Entscheidungen aus dem Bauch heraus treffen“, sagte Vimal. „Man muss eine Bauch- und Unterbewusstseinsverbindung zwischen Mensch und Gerät aufbauen.“
Das Trainingsprogramm verringerte das Konfliktgefühl nicht, ermöglichte den Teilnehmern jedoch, es zu überwinden. Diese Art von Training könnte Astronauten dabei helfen, die Vibrotaktoren bei Gravitationsübergängen wie dem Start und Wiedereintritt eines Raumfahrzeugs oder der Landung auf der Mondoberfläche oder einem anderen Planeten wie dem Mars, an den sich die natürlichen Gravitationsreize angepasst hätten, besser zu nutzen in einem schwerelosen Zustand sein.
„Nach langen Flügen haben Astronauten eine Haltungsinstabilität, Schwierigkeiten beim Gleichgewicht … sie sind sehr wackelig“, sagte Vimal. „Es fällt ihnen schwer, das Gleichgewicht zu halten, weil sie ihr Gehirn quasi neu vernetzen müssen, um mit der Schwerkraft klarzukommen.“ Durch den Einsatz der Vibrotaktoren könnten Astronauten bei der Landung auf der Mondoberfläche präzisere Manöver mit dem Raumschiff durchführen, da sie ein besseres Gespür dafür haben, was oben und unten ist.
Für die nächste Phase seiner Experimente wird Vimal auch Mond- und Mars-Gravitationsniveaus auf dem rotierenden Gerät implementieren, um zu simulieren, dass man sich auf der Oberfläche einer anderen Welt befindet. „In unserer nächsten Arbeit werden wir Mars- und Mondanaloge erstellen, bei denen es einige Gravitationshinweise geben wird“, sagte er. „Insgesamt sind wir daran interessiert, herauszufinden, welche Faktoren dazu führen, dass sich ein Mensch vollständig mit einem Gerät zur Sinneserweiterung verbunden fühlt.“
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