با وجود آنکه هر روز بین دو تا سه ساعت تمرین ورزشی انجام میدهند تا از تحلیل عضلات جلوگیری کنند، بسیاری از آنان همچنان با مشکلات جسمی ناشی از نبود گرانش کافی دستوپنجه نرم میکنند. پژوهش جدیدی که توسط امانوئله پولویرنتی از آزمایشگاه رباتیک نرم دانشگاه بریستول و همکارانش انجام شده است، نوعی اسکلت بیرونی جدید مبتنی بر پارچه را معرفی میکند که میتواند دستکم بخشی از مشکلات اسکلتیعضلانی فضانوردان را بدون محدود کردن حرکات طبیعی آنها برطرف کند.
در حال حاضر، برای مقابله با مشکلاتی مانند کاهش تودهی عضلانی، افت قدرت بدنی و کاهش تراکم استخوان، فضانوردان روزانه حدود سه ساعت تمرین میکنند. از جمله این تمرینها میتوان به دستگاه تمرین مقاوم پیشرفته (ARED) اشاره کرد که عملکرد آن مشابه تمرین با وزنه است، و همچنین به تردمیل T2 (معروف به COLBERT) که با استفاده از کمربندهای مخصوص، فضانورد را در جای خود نگه میدارد تا بتواند روی آن بدود. با این حال، هیچیک از این روشها اثربخشی پایدار و کامل ندارند و فضانوردان حتی با استفاده از آنها نیز کاهش قابلتوجهی در قدرت عضلانی خود تجربه میکنند.
در سوی دیگر، اسکلتهای بیرونی بزرگتر معمولاً حجیم و سنگین هستند. البته وقتی لباس در ایستگاه فضایی بینالمللی یا روی ماه پوشیده شود، بهدلیل گرانش پایین، وزن آن دیگر چندان مسئلهساز نیست. اما این لباسها اغلب ناراحتکنندهاند و موجب میشوند فضانورد نتواند در حین پوشیدن آنها فعالیتهای روزمره را بهطور طبیعی انجام دهد.
در این میان، طرحی نو با نام R-HEXSuit پا به میدان گذاشته است. این لباس نوعی اگزوسوت انعطافپذیر و سبک است که برای پوشیدن زیر لباس طراحی شده و از ترکیب منسوجات ویژه با عضلات مصنوعی حبابی (BAMs) ساخته شده است. این عضلات مصنوعی پنوماتیکی مزایای زیادی دارند: سبکاند، ارزان تولید میشوند، و میتوانند تا هزار برابر وزن خود را بلند کنند. کل لباس تنها ۱.۴ کیلوگرم وزن دارد و ویژگی منحصربهفرد آن این است که میتواند هم نیروی کمکی برای تقویت عضلات ایجاد کند و هم مقاومت لازم برای تمرین عضلانی را فراهم آورد تا فضانورد در حین انجام کارهای روزمره، نیرویی مشابه آنچه روی زمین به کار میبرد مصرف کند.
طراحی و دوخت این لباس به دست دکتر پولویرنتی انجام شده است و جالب اینکه او در دوخت لباس از کمک مادربزرگش نیز بهره گرفته است. عضلات مصنوعی از دو لایه تشکیل شدهاند: لایهی بیرونی نایلونی و لایهی درونی از جنس ترموپلاستیک که میتواند در صورت نیاز منبسط یا منقبض شود. این عضلات به اجزای پارچهای دیگر مانند کمربند دور کمر و بندهای زانو دوخته میشوند (در حالت مقاومتی).
برای آزمایش نسخهی کمکی لباس، تیم تحقیقاتی به مرکز پژوهشی Exterres CRATER در نیمکرهی جنوبی سفر کرد؛ بزرگترین مرکز شبیهسازی سطح ماه در این منطقه. در این آزمایش، لباس درون یک لباس فضایی واقعی یکپارچه شد و پژوهشگران به بررسی بیومکانیک حرکات افراد آزمایشی پرداختند؛ آنها حرکت داوطلبان را در سطوح مختلف شبیهسازیشدهی ماه هنگام راه رفتن و حمل اشیاء مشاهده کردند. این آزمایش بخشی از پروژهی بینالمللی «بزرگترین شبیهسازی ماه در جهان» بود که در آن بیش از ۲۰۰ دانشمند در قالب مأموریتهای قمری شرکت داشتند و از مرکز کنترل مستقر در اتریش هدایت میشدند.
(اعتبار: پولویرنتی و همکاران)
پیش از این، نسخهی مقاومتی لباس در مرکز پژوهشی حرکت در سیارات دیگر (L.O.O.P) در دانشگاه میلان مورد آزمایش قرار گرفته بود. در آن آزمایش، داوطلبان با استفاده از سیستم تعلیق عمودی در شرایطی قرار گرفتند که گرانش ماه را شبیهسازی میکرد. آنها روی تردمیل راه میرفتند تا حرکتی مشابه راه رفتن روی سطح ماه بازسازی شود. نتایج نشان داد نسخهی مقاومتی این لباس، نیاز متابولیکی حرکت روی ماه را به سطحی نزدیک به نیاز متابولیکی راه رفتن روی زمین رسانده است. پژوهشگران معتقدند این نشاندهندهی سطح درستی از مقاومت است که میتواند اثرات منفی گرانش پایین را جبران کند، هرچند برای اثبات قطعی این موضوع به آزمایشهای بلندمدتتر نیاز دارند.
تنها نقطهضعف این اگزوسوت، راحتی پایین آن است؛ بهطوریکه شرکتکنندگان در نظرسنجی پس از استفاده، به آن امتیاز ۳.۱ از ۵ دادند. بیشتر شکایتها مربوط به بندهای زانو بود که در تماس با ساق پا ایجاد سایش میکردند. با این حال، پژوهشگران گفتهاند این مسئله در نسخههای بعدی قابل اصلاح است. همچنین در حال حاضر، پیکربندی کمکی و مقاومتی لباس از هم جدا هستند و نمیتوان بهراحتی بین آنها جابهجا شد، اما طراحان امیدوارند در نسخههای آینده این قابلیت را نیز اضافه کنند.
در حال حاضر، R-HEXSuit هنوز راه درازی تا استفاده در مأموریتهای فضایی پیش رو دارد، اما طراحی سبک، انعطافپذیر و بدون مزاحمت آن، آن را از دیگر اسکلتهای بیرونی فضایی متمایز میسازد. اگر تیم پژوهشی بتواند مشکلات راحتی را برطرف کند و قابلیت تبدیل بین حالت کمکی و مقاومتی را بیفزاید، احتمال زیادی وجود دارد که نسخههای تکاملیافتهی این لباس در آیندهی نزدیک در مأموریتهای فضایی مورد استفاده قرار گیرند.
در مجموع، R-HEXSuit نمونهای درخشان از تلفیق فناوری رباتیک نرم و دانش فیزیولوژی انسانی است. این پروژه میتواند نه تنها برای فضانوردان، بلکه در زمینههای پزشکی روی زمین نیز کاربرد داشته باشد؛ برای مثال در توانبخشی بیماران مبتلا به ضعف عضلانی یا سالمندانی که به کمک حرکتی نیاز دارند. اگر پژوهشهای آتی موفق شوند این لباس را به سطح عملکرد پایدار و راحتی بالا برسانند، شاید روزی نهچندان دور، فضانوردان در مأموریتهای مریخی از چنین لباسهایی استفاده کنند تا بدنشان، همانگونه که ذهنشان آماده است، برای چالشهای زندگی در جهانهای دیگر نیز آماده باشد.