กางเกงหุ่นยนต์จะเป็นชุดอวกาศแห่งอนาคตหรือไม่?

(SeaPRwire) –   ส่วนที่เจ๋งที่สุดของการบินอวกาศต้องเป็นการไร้น้ำหนัก — แต่มันก็เป็นส่วนที่มีปัญหามากที่สุดเช่นกัน ภายใต้สภาวะไร้น้ำหนัก (zero-g) กล้ามเนื้อจะฝ่อลีบ อัตราการเต้นของหัวใจเปลี่ยนแปลง ความดันโลหิตสูงขึ้น และกระดูก สำหรับทุกๆ เดือนของการบินอวกาศ เมื่อนักบินอวกาศบางคนอยู่บนอวกาศเป็นเวลาหนึ่งปีหรือนานกว่านั้น นั่นหมายถึงความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นได้มากมายมหาศาล การออกกำลังกายช่วยได้; นักบินอวกาศบน International Space Station (ISS) ถูกกำหนดให้ใช้เวลาสองชั่วโมงต่อวันบนลู่วิ่งและจักรยานอยู่กับที่ แต่ก็ยังไม่เพียงพอที่จะแก้ไขปัญหานี้ และไม่ใช่แค่สภาวะไร้น้ำหนักเท่านั้นที่อาจเป็นอันตราย การอยู่อาศัยในระยะยาวภายใต้แรงโน้มถ่วงที่ลดลงของดวงจันทร์หรือดาวอังคารก็อาจมีผลกระทบที่ไม่ดีในลักษณะเดียวกันได้

“เมื่อฉันลงจอดจากอวกาศ ฉันต้องถูกหามออกจากแคปซูล และใช้เวลาสองสามวันแรกบนโลกโดยดูเหมือนคนอายุ 90 ปี” Kate Rubins อดีตนักบินอวกาศผู้ปฏิบัติหน้าที่สองครั้งบน ISS รวม 300 วันในอวกาศกล่าว “ระบบทางสรีรวิทยาหลายอย่างของฉันเลียนแบบคนที่มีอายุมากกว่าฉัน 20 หรือ 30 ปี”

ตอนนี้อาจมีทางออกแล้ว: กางเกงหุ่นยนต์ ตามที่ ใน Advanced Science รายงาน ทีมวิจัยนำโดย Emanuele Pulvirenti ผู้ช่วยวิจัยจาก University of Bristol’s Soft Robotics Lab ในสหราชอาณาจักร ได้พัฒนากางเกงที่สามารถสวมใส่ภายใต้ชุดอวกาศเพื่อสร้างแรงต้านทานบางส่วนที่รู้สึกได้ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วง เพื่อให้ร่างกายทำงานได้ราวกับว่าอยู่บนโลก

กางเกงนี้ซึ่งยาวตั้งแต่เอวถึงเข่า ประกอบด้วยสองส่วน: ชั้นนอกที่เป็นไนลอน และชั้นในที่เป็นพลาสติกปิดสนิท ที่ด้านหน้าและด้านหลังของเข่าทั้งสองข้าง มีส่วนที่เรียกว่า ซึ่งทำจากท่อพลาสติกและวงแหวนยึดที่สามารถพองลมได้เพื่อสร้างแรงกดบนกล้ามเนื้อจริงที่อยู่ข้างใต้ ในอดีต BAMs ถูกนำมาใช้เพื่อพยุงกล้ามเนื้อของผู้สวมใส่ ช่วยให้ทหารแบกสัมภาระหนักๆ หรือผู้พิการกลับมาเคลื่อนไหวได้อีกครั้ง อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาครั้งนี้ Pulvirenti และเพื่อนร่วมงานได้จัดวางส่วนประกอบเหล่านี้ในตำแหน่งที่ทำให้ผู้สวมใส่เคลื่อนไหวได้ยากขึ้นเล็กน้อย ซึ่งนำไปสู่การออกแรงในระดับต่ำอย่างต่อเนื่อง ซึ่งจะมีประโยชน์ต่อสุขภาพบางประการเหมือนกับการมีแรงโน้มถ่วง

เพื่อทดสอบระบบนี้ Pulvirenti และทีมงานได้เดินทางไปยัง University of Milan ซึ่งเป็นที่ตั้งของห้องปฏิบัติการ L.O.O.P. () ซึ่งสร้างและดำเนินการโดย European Space Agency L.O.O.P. มีระบบสายรัดที่สามารถดึงผู้ทดสอบขึ้นไปด้านบนเบาๆ เพื่อจำลองแรงโน้มถ่วงที่ลดลงหนึ่งในหกของดวงจันทร์ หรือแรงโน้มถ่วง 38% ของดาวอังคาร ทีมงานได้คัดเลือกผู้เข้าร่วมการทดลองหกคน—ชายสี่คนและหญิงสองคน—โดยมีอายุเฉลี่ยต่ำกว่า 31 ปีเล็กน้อย และให้พวกเขาทำการทดลองด้วย L.O.O.P. และกางเกงหุ่นยนต์ มีการติดตั้งเซ็นเซอร์ไว้บนกล้ามเนื้อเจ็ดมัดที่ขาของพวกเขา และวางหน้ากากไว้บนปากเพื่อเก็บลมหายใจออก และวัดก๊าซทางการหายใจ การระบายอากาศในปอด การใช้ออกซิเจน และการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์

จากนั้นผู้เข้าร่วมการทดลองได้ขึ้นไปบนลู่วิ่งและเดินเป็นเวลาสี่นาทีภายใต้เงื่อนไขหกประการ: โดยไม่สวมกางเกงหุ่นยนต์, โดยสวมกางเกงหุ่นยนต์แต่ไม่ได้พองลม BAMs, และโดยสวมกางเกงหุ่นยนต์พร้อมพองลม BAMs พวกเขาทำการออกกำลังกายทั้งสามแบบโดยไม่มีสายรัดภายใต้สนามแรงโน้มถ่วงหนึ่ง g ของโลกก่อน จากนั้นจึงสวมสายรัดเพื่อสร้างแรงโน้มถ่วงจำลองหนึ่งในหกของดวงจันทร์ สิ่งที่นักวิจัยต้องการคือการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมในกล้ามเนื้อขาเจ็ดมัด และการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการเผาผลาญ ซึ่งบ่งชี้ว่าร่างกายกำลังออกแรง ผลลัพธ์ที่ได้นั้นน่าทึ่ง

เมื่อผู้เข้าร่วมการทดลองอยู่ภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก โดยเดินขณะที่ BAMs ไม่ได้พองลม พวกเขามีการเพิ่มขึ้นของกิจกรรมการเผาผลาญ 18.2% ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเพียงแค่การมีอยู่ของ BAMs ก็เพียงพอที่จะส่งผลต่อการเดินและการออกแรง ทำให้ผู้สวมใส่ต้องออกแรงมากขึ้น เมื่อ BAMs ถูกพองลม อัตราการเผาผลาญเพิ่มขึ้น 20.1% ภายใต้แรงโน้มถ่วงจำลองของดวงจันทร์ การเผาผลาญเพิ่มขึ้น 20.1% เมื่อ BAMs ไม่ได้พองลม และเพิ่มขึ้น 29.3% เมื่อพองลม ในขณะเดียวกัน การกระตุ้นกล้ามเนื้อขาเพิ่มขึ้น 13.9% ถึง 87% ขึ้นอยู่กับกล้ามเนื้อส่วนที่วัด

“ผมอยากจะพัฒนาเทคโนโลยีนี้ต่อไป เพื่อที่ในที่สุดมันจะสามารถนำไปทดสอบที่ International Space Station ได้” Pulvirenti กล่าว ที่มาพร้อมกับการเปิดเผยงานวิจัย

สิ่งที่ใช้ได้ผลนอกโลกก็สามารถใช้ได้ผลบนโลกเช่นกัน ช่วยให้ผู้บาดเจ็บหรือพิการฟื้นฟูความแข็งแรงและการเคลื่อนไหว “ชุดโครงสร้างภายนอกนี้เป็นแบบช่วยเหลือ ซึ่งหมายความว่ามันช่วยเสริมสร้างกล้ามเนื้อส่วนล่างของขาได้อย่างเป็นธรรมชาติ แต่เราก็ได้พัฒนาชุดโครงสร้างภายนอกแบบต้านทานแยกต่างหาก ซึ่งจะสร้างภาระให้กับร่างกายเพื่อช่วยรักษามวลกล้ามเนื้อ” Pulvirenti กล่าว “เป้าหมายต่อไปของเราคือการสร้างชุดไฮบริดที่สามารถสลับระหว่างการช่วยเหลือและการต้านทานได้… ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับผู้ที่ต้องการความช่วยเหลือในการเคลื่อนไหวที่กำลังอยู่ระหว่างการฟื้นฟูสมรรถภาพทางกาย” อาจต้องใช้เวลาหลายปีก่อนที่เราจะไปถึงดวงจันทร์ และอีกหลายทศวรรษก่อนที่เราจะไปถึงดาวอังคาร แต่ชุดโครงสร้างภายนอกนี้พร้อมที่จะทำงานบนโลกแล้ว