耳石器和球囊,内耳的两个腔室,可以感知重力方向并帮助身体保持平衡。没有它们的影响,我们很快就会迷失方向。
为防止这种混乱发生在太空中的宇航员身上,布兰代斯大学的科学家们提出了一个令人惊讶的简单的新系统。
它包含一系列小型振动设备,这些设备贴在皮肤上,通过振动来指示一个人的空间位置,可以看作是一种机械内耳。早期研究表明,这些设备有帮助,但必须与广泛的训练相结合,用户才能自动遵循它们的输入。
在一系列实验中,研究对象信任这些设备并理解它们的工作原理,但这不足以克服他们在模拟失重环境中所经历的混乱和迷失方向。
“信任必须达到更深层、几乎是潜意识的层面,”布兰代斯大学的研究员 Vivekanand Pandey Vimal 在一份声明中说。“为了实现这一点,需要进行专门的训练。”
布兰代斯大学如何模拟太空行走
一个小型研究团队将 30 名受试者绑在一个多轴旋转装置(MARS)上,该装置在两个轴上旋转一个椅子,以模拟太空行走。
起初,团队将机器保持垂直,以便受试者可以依靠内耳来定位自己。受试者戴着眼罩,听着白噪声,将自己旋转到预定的“平衡”位置。
然后,科学家们将受试者旋转到背部,并指示他们再次找到平衡位置,遵循振动设备的引导。如果受试者向一侧旋转过度,他们就会“碰撞”,MARS 会重置。
之后,这些虚拟宇航员报告说,他们在内耳的误导性信号和设备输入之间挣扎。
不过,后者似乎有所帮助。只接受 MARS 训练的对照组的操控更不稳定,碰撞次数是前者的 2.5 倍。
长期太空任务的危险是什么?
过去的研究发现,相关设备可以减少飞机和直升机飞行员的空间定向障碍,他们有时即使在相对靠近地球的地方操作也会感到迷失方向。1993 年至 2013 年间,此类事故导致 65 架飞机坠毁,101 人死亡。
在计划中的月球和火星载人长期任务中,是否也会发生同样的情况?
“长时间的太空飞行会引起许多生理和心理压力,使宇航员极易发生空间定向障碍,”Vimal 说。“当宇航员定向障碍时,他们将无法再依赖他们一生都依赖的自身内部传感器。”
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