天空不再是极限,但飞行是危险的。在离开地球表面的过程中,我们失去了许多自我定位所需的线索,而这种空间定向障碍可能是致命的。宇航员通常需要强化训练来防止这种情况。但科学家们现在发现,通过振动提供方位提示的可穿戴设备可能会大大提高这种训练的效果,使太空飞行稍微安全一些。
美国布兰迪斯大学(Brandeis University)的维韦坎南德·p·维姆(Vivekanand P. Vimal)博士在《生理学前沿》(Frontiers in Physiology)上发表了一篇关于这一主题的文章,他说:“长时间的太空飞行会造成许多生理和心理压力,这将使宇航员非常容易出现空间定向障碍。”“当迷失方向时,宇航员将不再能够依靠他们自己的内部传感器,而他们一生都依赖于这些传感器。”
研究人员使用感官剥夺和多轴旋转装置在模拟太空飞行中测试他们的振动因子,因此参与者通常依赖的感官是无用的。振动调节器能纠正参与者从前庭系统接收到的误导信号吗?参与者能被训练去信任它们吗?
总共招募了30名参与者,其中10人接受了旋转装置平衡训练,10人接受了振动器训练,其余10人两者都接受了。所有的参与者都观看了一个旋转装置的视频,并被告知它是如何工作的:像倒立摆一样移动,直到到达崩溃的边界,除非有人坐在设备上用操纵杆控制它。
对于接受测试的参与者来说,额外的训练包括教他们脱离前庭感觉,依靠振动因子而不是自然的重力线索。这些任务包括寻找隐藏的非直立平衡点,这意味着参与者必须忽略他们想要保持直立的愿望,而把注意力集中在振动器上。
所有的参与者都被蒙上眼睛,戴上耳塞,听着白噪音。那些有振动减震器的人每只手臂上绑了四个,当他们离开平衡点时,振动减震器就会发出嗡嗡声。每个参与者参加了40次试验,目的是使旋转装置尽可能接近平衡点。
在一半的试验中,旋转装置在垂直滚动平面上运行。这被认为是地球的模拟,因为参与者可以使用他们的自然引力线索来定位。在下半场,作为一个航天模拟,旋转装置在一个水平滚动平面上运行,重力信号不再起作用。
在每一组试验结束后,参与者被要求评估他们感觉迷失方向的程度,以及他们对振震器的信任程度。科学家们通过观察他们摔倒的频率和控制平衡的能力来衡量他们的成功程度。
所有的小组最初都在航天模拟中迷失了方向。科学家们预料到了这一点,因为参与者不能依赖于他们通常使用的自然引力线索。几乎所有的参与者都报告说,他们信任振动器,但他们也报告说,他们的内部线索和振动器之间的冲突使他们感到困惑。
佩戴振震器的参与者仍然比那些只接受训练的参与者表现得更好。只参加训练的那一组摔倒的频率更高,在平衡点周围移动的频率更高,而且意外地使自己更不稳定。不过,接受培训确实有所帮助。随着试验的继续,同时接受训练和振动器的那组表现最好。
然而,即使经过训练,参与者的表现也不如他们在地球模拟中的表现。他们可能需要更多的时间来整合振动器的信号,或者振动器发出的嗡嗡声可能没有给出足够强的危险信号。
“飞行员对这种外部设备的认知信任很可能是不够的,”Vimal说。相反,信任必须在更深层次——几乎是亚认知层面。要做到这一点,就需要专门的培训。”
科学家们说,如果这些传感器在更广泛的试验中取得成功,它们在太空飞行中的应用可能会有很多——从帮助宇航员安全降落在行星表面,到帮助他们在太空中离开飞行器时提供支持。