Tragbare Geräte können verhindern, dass Astronauten sich im Weltraum „verirren“.

Der Himmel ist nicht länger die Grenze – aber das Fliegen ist gefährlich. Wenn wir die Erdoberfläche verlassen, verlieren wir viele Hinweise, die wir zur Orientierung benötigen, und diese räumliche Desorientierung kann tödlich sein. Normalerweise benötigen Astronauten ein intensives Training, um sich davor zu schützen. Doch Wissenschaftler haben nun herausgefunden, dass tragbare Geräte, die durch Vibration Orientierungshinweise geben, die Wirksamkeit dieses Trainings erheblich steigern und die Raumfahrt etwas sicherer machen können.

„Langfristige Raumflüge werden viele physiologische und psychologische Stressfaktoren verursachen, die Astronauten sehr anfällig für räumliche Desorientierung machen“, sagte Dr. Vivekanand P. Vimal von der Brandeis University in den Vereinigten Staaten, Hauptautor eines Artikels in Grenzen in der Physiologie Zu diesem Thema. „Wenn ein Astronaut die Orientierung verliert, kann er sich nicht mehr auf seine eigenen internen Sensoren verlassen, auf die er sein ganzes Leben lang angewiesen war.“

Persönlicher Raum

Die Forscher verwendeten sensorische Deprivation und ein mehrachsiges Rotationsgerät, um ihre Vibrotaktoren in einem simulierten Raumflug zu testen, sodass die Sinne, auf die sich die Teilnehmer normalerweise verlassen würden, nutzlos waren. Könnten die Vibrotaktoren die irreführenden Signale korrigieren, die die Teilnehmer von ihrem Vestibularsystem erhalten würden, und könnte den Teilnehmern beigebracht werden, ihnen zu vertrauen?

Insgesamt wurden 30 Teilnehmer rekrutiert, von denen 10 eine Schulung zum Balancieren im Rotationsgerät erhielten, 10 die Vibrotaktoren erhielten und die restlichen 10 beides erhielten. Allen Teilnehmern wurde ein Video des Rotationsgeräts gezeigt und erklärt, wie es funktioniert: Es bewegt sich wie ein umgekehrtes Pendel, bis es eine Absturzgrenze erreicht, es sei denn, es wird von einer Person stabilisiert, die im Gerät sitzt und es mit einem Joystick steuert.

Das zusätzliche Training für die Teilnehmer, die es erhielten, umfasste Aufgaben, die den Teilnehmern beibrachten, sich von ihrem Vestibularsinn zu lösen und sich auf die Vibrotaktoren statt auf ihre natürlichen Gravitationsreize zu verlassen. Zu diesen Aufgaben gehörte die Suche nach versteckten, nicht aufrechten Gleichgewichtspunkten, was bedeutete, dass die Teilnehmer ihren Wunsch, sich aufrecht auszurichten, ignorieren und sich auf die Vibrotaktoren konzentrieren mussten.

Alle Teilnehmer erhielten eine Augenbinde, Ohrstöpsel und weißes Rauschen zum Zuhören. Diejenigen mit Vibrotaktoren hatten an jedem Arm vier Riemen befestigt, die summten, wenn sie sich vom Gleichgewichtspunkt entfernten. Jeder Teilnehmer nahm an 40 Versuchen teil, mit dem Ziel, das Rotationsgerät so nah wie möglich am Gleichgewichtspunkt zu halten.

Bei der Hälfte der Versuche arbeitete die Rotationsvorrichtung auf einer vertikalen Rollebene. Dies galt als Analogon zur Erde, da die Teilnehmer ihre natürlichen Gravitationsmerkmale zur Orientierung nutzen konnten. Während der zweiten Hälfte, die als Raumfahrt-Analogon fungierte, arbeitete die Rotationsvorrichtung auf einer horizontalen Rollebene, wo diese Gravitationshinweise nicht mehr helfen konnten.

Nach jedem Versuchsblock wurden die Teilnehmer gebeten, zu bewerten, wie desorientiert sie sich fühlten und wie sehr sie den Vibrotaktoren vertrauten. Ihren Erfolg maßen die Wissenschaftler daran, wie oft sie stürzten und wie gut sie ihr Gleichgewicht kontrollierten.

Zur Unendlichkeit und darüber hinaus

Alle Gruppen waren im Raumfahrtanalog zunächst desorientiert. Die Wissenschaftler erwarteten dies, da sich die Teilnehmer nicht auf die natürlichen Gravitationssignale verlassen konnten, die sie normalerweise verwenden. Fast alle Teilnehmer berichteten, dass sie den Vibrotaktoren vertrauten, berichteten aber auch von Verwirrung aufgrund von Konflikten zwischen ihren internen Signalen und den Vibrotaktoren.

Die Teilnehmer, die Vibrotaktoren trugen, schnitten immer noch besser ab als diejenigen, die nur eine Schulung erhielten. Die reine Trainingsgruppe stürzte häufiger, bewegte sich häufiger um den Gleichgewichtspunkt und destabilisierte sich häufiger versehentlich. Die Teilnahme an der Schulung hat jedoch geholfen. Im weiteren Verlauf der Versuche schnitt die Gruppe, die sowohl Schulung als auch Vibrotaktoren erhielt, am besten ab.

Allerdings zeigten die Teilnehmer trotz des Trainings nicht die gleiche Leistung wie im Erdanalogon. Möglicherweise brauchten sie mehr Zeit, um die Hinweise der Vibrotaktoren zu integrieren, oder das Summen der Vibrotaktoren gab möglicherweise kein ausreichend starkes Gefahrensignal ab.

„Das kognitive Vertrauen eines Piloten in dieses externe Gerät wird höchstwahrscheinlich nicht ausreichen“, sagte Vimal. „Stattdessen muss das Vertrauen auf einer tieferen – fast subkognitiven – Ebene stattfinden. Um dies zu erreichen, ist eine spezielle Ausbildung erforderlich.“

Sollten sich die Sensoren in umfangreicheren Versuchen durchsetzen, so die Wissenschaftler, gäbe es viele mögliche Anwendungen für die Raumfahrt – von der Unterstützung von Astronauten bei der sicheren Landung auf der Oberfläche eines Planeten bis hin zur Unterstützung bei der Bewegung außerhalb eines Fahrzeugs im Weltraum.