振動接觸器:防止太空人在太空中”迷失方向”的全新可穿戴技術
科學家創造了一種”振動接觸器”,可以幫助太空人在太空中消除空間迷失。測試表明,這些設備加上專門的訓練,可以增強平衡和方向控制能力。對飛機駕駛來說,失去對自己所處位置的感知足以致命:空間迷失是飛機致命事故的主要原因。但在空間中失去方向感本身則更加危險。
科學家現在已經開發出了名為振動接觸器的可穿戴設備,結合專門的訓練,可以提高人們對抗空間迷失的能力,當太空人的感知不再可靠時,可以幫助他們糾正自己的方向。
天空不再是極限,但飛行是危險的。在離開地球表面時,我們失去了許多定位所需的線索,而這種空間迷失可能是致命的。太空人通常需要接受強化訓練來防止這種情況。不過,科學家現在發現,透過振動來提供方向提示的可穿戴設備可能會大大提高這種訓練的效果,使太空飛行變得稍微安全一些。
《生理學前沿》(Frontiers in Physiology)雜誌文章的第一作者、美國布蘭迪斯大學的維維卡南德-P-維馬爾博士說:”長時間的太空飛行會造成許多生理和心理壓力,這將使太空人非常容易出現空間迷失。」當太空人迷失方向時,他們將無法再依靠自己的內部感測器,而這些感測器是他們一生所依賴的。
模擬太空飛行中使用了感官剝奪和多軸旋轉裝置來測試他們的振動接觸器,因此參與者通常依賴的感官失去了作用。振動接觸器能否修正參與者從前庭系統接收到的誤導提示,能否訓練參與者信任振動接觸器?
研究人員招募了30 名參與者,其中10 人接受了在旋轉裝置中保持平衡的訓練,10 人接受了振動接觸器的訓練,其餘10 人同時接受了這兩種訓練。所有參與者都觀看了旋轉裝置的視頻,並了解了它的工作原理:像倒立鐘擺一樣移動,直到到達碰撞邊界,除非坐在裝置中的人用操縱桿控制裝置使其穩定。
對接受訓練的參與者進行的額外訓練包括,引導參與者脫離前庭感知,依靠振動接觸器而不是自然重力提示。這些任務包括尋找隱藏的非直立平衡點,這意味著參與者必須忽略自己想要直立的慾望,而將注意力集中在振動觸覺上。
所有參與者都戴上了眼罩、耳塞和白噪音。帶有振動器的參與者每隻手臂上綁有四個振動器,當他們偏離平衡點時,振動器就會發出提示。每位參與者都參加了40 次試驗,目的是讓旋轉裝置盡可能靠近平衡點。
在一半的試驗中,旋轉裝置在垂直滾動平面上運作。這被認為是一種地球模擬,因為參與者可以利用其自然重力線索來確定方向。後半部是模擬太空飛行,旋轉裝置在水平滾動平面上運行,在這個平面上,重力線索不再運作。
每組試驗結束後,參與者都要對自己的迷失方向感和對振動接觸器的信任程度進行評分。科學家們透過觀察他們墜落的頻率以及他們控制平衡的能力來衡量他們是否成功。
在模擬太空飛行中,所有小組最初都會迷失方向。科學家預料到了這一點,因為參與者無法依賴他們通常使用的自然重力提示。幾乎所有的參與者都表示他們信任振動觸動器,但他們也表示由於內部線索與振動觸動器之間的衝突而產生了困惑。
佩戴振動感測器的學員的表現仍然優於只接受訓練的學員。只接受訓練的組別失敗的頻率較高,在平衡點附近移動的次數較多,意外失穩的次數也較多。不過,接受訓練確實有幫助。隨著試驗的繼續,同時接受訓練和振動器的一組表現最佳。
不過,即使接受了訓練,參與者的表現也不如在地球模擬試驗中那麼出色。他們可能需要更多的時間來整合振動接觸器的提示,或者振動接觸器發出的震動沒有給出足夠強烈的危險信號。
維瑪爾說:”飛行員對這個外部設備的認知信任很可能是不夠的。”相反,這種信任必須是更深層的,幾乎是亞認知層面的。要做到這一點,需要進行專門的訓練。”
科學家說,如果這些感測器在更廣泛的試驗中取得成功,那麼它們在太空飛行中可能會有很多應用–從幫助太空人在行星表面安全著陸,到支持他們在太空飛行器外移動。