Ao passar da microgravidade de uma nave espacial para o ambiente rico em gravidade da Lua ou de Marte, os astronautas experimentam défices nas funções perceptivas e motoras. O sistema vestibular do ouvido interno, que detecta a posição e o movimento da cabeça, deve se ajustar para reinterpretar novos sinais de gravidade.



Uma equipe liderada pela Universidade de Michigan, incluindo pesquisadores do Laboratório de Bioastronáutica da Universidade do Colorado em Boulder e do Laboratório de Neurociências da NASA no Johnson Space Center, desenvolveu uma tarefa de toque multidirecional administrada em realidade aumentada (AR) para detectar deficiências sensório-motoras semelhantes às observadas em astronautas após voo espacial.

Os resultados, publicados em Aerospace Medicine and Human Performance , poderia apoiar decisões de operações de missão, estabelecendo quando os astronautas são capazes de executar tarefas que exigem coordenação total, como pilotar veículos ou operar outros sistemas complexos.

Testes de campo para avaliar o comprometimento sensório-motor foram realizados anteriormente após o retorno dos tripulantes da Estação Espacial Internacional à Terra. A maior parte da tripulação recuperou totalmente a capacidade de realizar testes de coordenação vestibular dois a quatro dias após o pouso. No entanto, os membros da tripulação receberam tratamento intensivo de especialistas em força, condicionamento e reabilitação durante a recuperação.

Ao fazerem transições gravitacionais para destinos fora da Terra, os astronautas necessitarão de um método para testar a recuperação dentro do espaço limitado da sua nave espacial, sem a assistência de especialistas.

"O espaço é realmente um tipo de telessaúde onde precisamos tomar decisões sem a presença de especialistas. Ferramentas para apoiar essa tomada de decisão podem tornar futuras missões espaciais mais eficientes e ajudar a diminuir os riscos", disse Leia Stirling, coautora do artigo e professor associado de engenharia industrial e de operações e robótica na Universidade de Michigan.

A equipe de pesquisa desenvolveu uma tarefa de coordenação olho-mão, vista através de óculos AR, como uma solução leve e que economiza espaço. Este formato permite o rastreamento das mãos e dos olhos, ao mesmo tempo que permite aos usuários visualizar o ambiente físico junto com informações perceptivas geradas por computador.

AR facilita o desenvolvimento de avaliações personalizadas, adaptando tarefas funcionais para atender aos requisitos da missão ou às necessidades individuais da tripulação. Aproveitando sensores incorporados, essas avaliações baseadas em AR rastreiam e analisam a coordenação olho-mão dos astronautas, a cinemática da cabeça e métricas de desempenho específicas de tarefas, oferecendo informações valiosas sobre suas capacidades sensório-motoras.

“Os dados das avaliações baseadas em AR permitem feedback direcionado e a criação de programas ou contramedidas de reabilitação personalizadas”, disse Hannah Weiss, coautora do artigo e doutorada pela Universidade de Michigan.

A tarefa de coordenação olho-mão apresenta 16 alvos – adaptados de um padrão estabelecido de interação humano-computador – projetados holograficamente no espaço físico do usuário e dispostos em uma matriz circular equidistante. O objetivo é atingir os alvos com a maior rapidez e precisão possível em uma sequência predeterminada.

Para testar o impacto da perturbação vestibular nesta tarefa, os investigadores aplicaram estimulação eléctrica aos processos mastóides dos participantes do estudo, mesmo atrás da orelha, para perturbar a sua sensação de movimento. Com base no movimento de balanço dos participantes, a deficiência vestibular resultante simulou a desorientação vestibular que os astronautas experimentariam de uma a quatro horas após o voo.

Tanto a velocidade quanto a precisão dos alvos de toque diminuíram após a estimulação vestibular, indicando que esse tipo de deficiência pode prejudicar a capacidade da tripulação de adquirir locais de alvo conhecidos enquanto está em uma postura estática. As acelerações lineares da cabeça também aumentaram, indicando que a tentativa de manter o equilíbrio interferiu no seu desempenho.

Esforços de investigação futuros irão explorar tarefas de equilíbrio e mobilidade para complementar esta avaliação da coordenação olho-mão e fornecer uma imagem mais clara do ajuste de um astronauta à gravidade local. Antes da implantação, também será necessário determinar limites de prontidão para orientar as decisões. Weiss, agora engenheiro de pesquisa de fatores humanos no Johnson Space Center da NASA, está estendendo este trabalho para apoiar testes de astronautas.

“Estaremos testando esta tarefa em microgravidade através de um programa na Aurelia Aerospace que permite aos alunos realizar estudos em microgravidade simulada usando voo parabólico”, disse Sitrling.

“Os desafios sensório-motores representam grandes riscos para os membros da tripulação, e estamos trabalhando no sentido de usar a estimulação vestibular elétrica para treinar astronautas para operar nesses estados prejudicados antes do voo espacial para melhorar seus resultados”, disse Aaron Allred, primeiro autor do artigo e estudante de doutorado. de Bioastronáutica da Universidade do Colorado Boulder.

“Aqui na Terra, as avaliações e os paradigmas de deficiência que estamos desenvolvendo poderiam informar o atendimento ao paciente por telessaúde, como para aqueles que apresentam perda vestibular com a idade”, acrescentou Allred.

Mais informações: Aaron R. Allred et al, An Augmented Reality Hand-Eye Sensorimotor Impairment Assessment for Spaceflight Operations, Medicina Aeroespacial e Desempenho Humano (2024). DOI:10.3357/AMHP.6313.2024
Fornecido pela Faculdade de Engenharia da Universidade de Michigan