Buzz
Vào thứ Hai, một cái tàu vũ trụ giống như một chiếc máy ép cam khổng lồ đã rơi xuống Đại Tây Dương, đưa bốn người phi hành gia của nó quay trở lại dưới ảnh hưởng của trọng lực của Trái Đất. Những phi hành gia này đã dành sáu tháng trên Trạm Vũ trụ Quốc tế, và do đó trọng lực hiện đang tác động lên cơ thể của họ sẽ cảm thấy quen thuộc, nhưng lạ lẫm.
Nhóm này, được gọi là SpaceX Crew-2, đã dành nhiều nửa năm trở lại đây ở quỹ đạo thực hiện công việc khoa học vũ trụ, như kiểm tra “chip mô,” mô phỏng nhỏ của cơ quan người. Nhưng họ cũng đã dành thời gian làm “chuột gym”: Sáu ngày một tuần, họ có một khối lượng tập luyện 2,5 giờ để giảm thiểu tổn thương mà sống trong không gian có thể gây ra cho cơ thể. Không gian, như họ nói, thực sự là khó khăn. Nhưng nó đặc biệt khó khăn đối với con người. Tác động của bức xạ, thiếu trọng lực và sống trong không gian chật hẹp đều gây tổn thương.
“NASA luôn quan tâm đến tác động của chuyến đi vũ trụ đối với cơ thể con người, từ những chuyến bay vũ trụ đầu tiên,” nói Michael Stenger, nhà khoa học về Phương pháp chống lại ảnh hưởng sức khỏe con người, cơ quan của cơ quan dành riêng cho việc hiểu biết về cách chuyến đi vũ trụ ảnh hưởng đến sinh lý và giảm những tác động đó. Một vấn đề lớn là sống trên quỹ đạo về sinh lý tương tự như nằm ngửa, ngay cả khi bạn đang nhảy nhót xung quanh thực hiện thí nghiệm cả ngày. “Việc ở trong không gian khá giống như nằm đó làm gì cũng không,” ông nói.
Khi bạn không cần phải chống lại trọng lực, cơ bắp và xương mất sức mạnh, vì những phần của cơ thể này tuân theo một triết lý loại hình 'sử dụng nó hoặc mất nó.' Cơ bắp có thể teo nhỏ, giống như nếu một phi hành gia nằm trên sofa chơi Fallout cả ngày. Xương có thể mất khối lượng: Cả hai đều hình thành và phân hủy dựa trên các lực mà chúng trải qua hàng ngày, từ cả trọng lực và việc sử dụng cơ bắp. Sau sáu tháng ở không gian, xương đùi gần gối có thể mất khoảng 10% khối lượng của nó, đòi hỏi nhiều năm phục hồi khi quay lại trái đất.
Không gian cũng ảnh hưởng mạnh đến hệ thống tim mạch, theo Stenger: “Trái tim của bạn không còn phải bơm mạnh như để duy trì huyết áp, vì vậy trái tim của bạn trở nên yếu hơn.” Trong thời gian một năm ở không gian của phi hành gia Scott Kelly, trái tim của ông co lại khoảng một phần tư, điều chỉnh để phù hợp với điều kiện mới. Trở lại dưới ảnh hưởng của trọng lực, trái tim có thể tự bơm lên trở lại bình thường, dường như không gây tổn thương lâu dài.
Các nhà khoa học không hiểu rõ tại sao, nhưng cột sống của phi hành gia cũng trở dài khi ở trong không gian, và họ thêm một vài inch chiều cao. Những người du lịch sẽ co lại về kích thước bình thường của họ trên Trái Đất, nhưng sau chuyến bay, phi hành gia có nguy cơ cao bị thoát vị đĩa đệm, có thể liên quan đến những thay đổi cột sống này. Ngoài ra, bộ đồ và thiết bị của họ phải được thiết kế cho kích thước của họ—và nếu những kích thước đó đang thay đổi, thiết kế trở nên phức tạp, đặc biệt là đối với một chuyến đi lâu dài.
Để giữ cho cơ thể phi hành gia phù hợp với nhiệm vụ trong không gian và khỏe mạnh khi họ trở lại Trái Đất, Phương pháp chống lại ảnh hưởng sức khỏe con người đã cố gắng sửa những sai lầm sinh lý này—một phần thông qua thiết bị tập luyện được xây dựng cho không gian. Thiết bị Tập luyện Kháng kháng Nâng cao là một loại Bowflex trong không gian: Nó sử dụng xi lanh hút chân không để tạo ra vài trăm pound lực kháng, và các vận động viên trọng lực có thể định cấu hình lại nó để thực hiện deadlifts, squats hoặc bài nâng ghế trong hai giờ, bao gồm cả thời gian để cấu hình lại thiết bị và thực hiện một chút phục hồi. ISS cũng được trang bị với máy chạy và máy đạp, mà phi hành gia sử dụng trong 30 phút tập luyện có giãn cách.
Dạng thiết bị xa xỉ đó không phải lúc nào cũng khả thi trên các chuyến đi tương lai đến Mặt Trăng và cuối cùng là Sao Hỏa. “Chúng ta đang ở vào giai đoạn ngọt ngào nơi chúng ta có một phòng thí nghiệm nổi bật và không gian với đủ không gian để thực hiện tất cả các biện pháp mà chúng ta muốn,” Stenger nói, “và tất cả các chương trình tương lai sẽ trong những chiếc phương tiện nhỏ bé.” Các chuyến bay đến những điểm đến này sẽ kéo dài hơn, để lại thêm thời gian cho các tác động xấu phát triển. Và hơn nữa, những phi hành gia tương lai sẽ cần thêm động lực cho nhiều hoạt động vận động ngoại vi—và khó khăn hơn—so với những nhà thám hiểm ngày nay, để duy trì sự sống và hoạt động trên một hành tinh khác.
Vì vậy, nếu việc tập luyện không gian không đủ, có lẽ phi hành gia tương lai cần thiết bị khác. Hai sinh viên tại MIT, cả hai là Học giả Draper tại Draper Laboratory, một công ty kỹ thuật phi lợi nhuận thường xuyên làm việc cho NASA và Bộ Quốc phòng, hiện đang nghiên cứu các giải pháp có thể chống lại vấn đề về cơ bắp và xương. Một loại thiết bị tự động làm contract cơ bắp giống như sự di chuyển, và một loại áo chống hấp thụ không gian ôm sát cơ thể mô phỏng tác động của trọng lực.
“Chúng ta cần đảm bảo rằng họ khỏe mạnh nhất có thể,” Thomas Abitante, Học giả Draper làm việc trên thiết bị tăng cường cơ bắp nói. “Nhưng chúng ta không thể thêm thêm bài tập. Vậy chúng ta có thể thêm gì khác không?”
Abitante và đồng học bổng của mình Rachel Bellisle đều là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Hệ thống Nhân học của MIT, thuộc phòng aeronautics và astronautics của trường đại học. Draper Lab trả học phí tiến sĩ và tiền sống cho họ, và sinh viên thực hiện nghiên cứu luận án của mình dưới sự hướng dẫn cộng tác của một giáo viên đại học và một nhân viên kỹ thuật của Draper. Trong năm học này, có 55 Học giả Draper tại 11 trường đại học.
Nghiên cứu của Bellisle liên quan đến việc giúp thiết kế một bộ áo chống hấp thụ không gian chật kín được gọi là Gravity Loading Countermeasure Skinsuit—hoặc đơn giản là “Skinsuit,” trong cuộc trò chuyện—có thể nén cơ thể đủ để mô phỏng một số tác động của trọng lực, giúp giữ cho cột sống không bị kéo dài, và giữ cho các cơ “chống trọng lực” mà con người sử dụng để duy trì tư thế và di chuyển—như cơ đùi trước và cơ lưng—không bị suy giảm và gây ra vấn đề về kiểm soát chuyển động, như khó khăn trong cân bằng và phối hợp sau khi phi hành gia trở lại trọng lực. “Khi chúng ta vào trọng lực giảm hoặc không gian, những cơ đó không cần thiết nhiều,” Bellisle nói, người đã ở MIT từ năm 2018.
Bellisle đang làm việc với Caroline Bjune, một thành viên chính của đội ngũ kỹ thuật ở bộ phận thiết kế cơ khí và đóng gói hệ thống của Draper, và giáo sư về không gian Dava Newman tại MIT, phòng thí nghiệm của bà đã phát triển phiên bản đầu tiên của Skinsuit khoảng một thập kỷ trước. Nó nén toàn bộ cơ thể cùng một lúc, từ vai đến chân. Phiên bản của bộ áo này được làm từ Primeflex—một loại vật liệu co giãn siêu đàn hồi được làm từ polyethylene terephthalate và polytrimethylene terephthalate. Nó nén ở hai hướng, ngang và dọc. Tải từ sự nén này mô phỏng một số tác động của trọng lực và khiến cơ thể hành xử giống như nó sẽ trên Trái Đất. Phiên bản thứ tám của bộ áo có lẽ sẽ sử dụng một loại vải khác.
Các phi hành gia đã thử nghiệm một phiên bản của bộ áo trên Trạm Không gian từ năm 2015 đến 2017, và ngày nay, Bellisle đang làm việc trên phiên bản thứ bảy của nó, Mk-7, điều tra cách làm cho phiên bản tiếp theo thoải mái hơn và giảm thiểu những biến đổi cơ xương do môi trường không gian gây ra. Bà phát hiện ra vai và dây đeo chân có thể thoải mái hơn. “Tôi cũng xác định các phần của bộ áo cần được thay đổi để nhắm đến cơ mà chúng tôi quan tâm,” Bellisle nói.
Sự thoải mái quan trọng—hình thức và chức năng phải đúng. Bellisle nhớ lại một bộ đồ tải trọng cơ mà các phi hành gia Nga đã mặc được gọi là bộ đồ Penguin. “Đơn giản, đó là một bộ đồ với nhiều dây đàn hồi,” Bellisle nói. Những dây có thể căng từ dây đeo đến vai và từ dây đeo đến chân, hoặc chỉ từ vai đến chân, tạo ra một “tải trọng” trên cơ thể không khác gì trọng lực. Vấn đề? Những phi hành gia sẽ cắt dây đàn hồi khi không còn ai trên Trái Đất có thể cản trở họ.
Bộ áo Skinsuit được thiết kế để tạo ra tải trọng đều đặn hơn trên cơ thể, làm cho nó hiệu quả hơn. Bộ áo mới đã được thử nghiệm trên trọng lực Trái Đất, trong một máy mô phỏng trọng lực bán và trên các chuyến bay parabol giả tạo trọng lực siêu nhỏ. Nhóm của Bellisle đã dán điện cực lên cơ thể người dùng thử nghiệm để đo lường xung điện cơ của cơ bắp, một chỉ báo cho biết chúng hoạt động đến đâu. Bellisle hiện đang làm việc để so sánh mức độ hoạt động của cơ trong môi trường trọng lực khác nhau—thường cao nhất ở 1g giống như Trái Đất, nơi cơ bắp được thiết kế để sống—để xem liệu sự nén của bộ áo có thể giúp kích thích mức độ hoạt động bình thường ở trọng lực thấp và xác định liệu các mô phối hợp cơ bắp có khác biệt ở trọng lực thấp so với trên mặt đất.
Nhưng có một nhược điểm: Những nghiên cứu thử nghiệm này chỉ được thực hiện trên một người. Kết quả của nhóm—sẽ được xuất bản vào mùa xuân—phải được kiểm tra và nhân đôi, và thử nghiệm trên một mẫu số lớn hơn.
Abitante, người đã học ngành kỹ thuật thiên văn học khi còn là sinh viên đại học trước khi vào học sau đại học tại MIT vào năm 2017, lớn lên đọc những cuốn tiểu thuyết về những chiến công táo bạo của con người ở xa xôi. Nhưng khi vào đại học, anh nhận thấy có một sự mất kết nối lớn giữa các dự án robot và vệ tinh xung quanh anh và sự khám phá tập trung vào con người trong sách. ‘Đâu là con đường hướng tới tương lai của mọi thứ bạn thấy trong khoa học viễn tưởng?’” anh ta hỏi. Đó là một phần lý do tại sao anh ta đang theo đuổi một ý tưởng sci-fi của riêng mình: Anh ta hy vọng xây dựng một thiết bị có thể cho phép phi hành gia kích thích cơ bắp của họ để mô phỏng tác động của việc tập thể dục. Tại Draper, anh ta được giám sát bởi Kevin Duda, nhóm trưởng cho các hệ thống không gian và nhiệm vụ quan trọng.
Ý tưởng này đã được sử dụng trong các liệu pháp cho bệnh nhân bị tổn thương cột sống. Kích thích điện—cụ thể là loại gọi là kích thích cơ thần kinh—có thể khiến cơ bắp co bóp, ngay cả khi não không bảo chúng làm vậy. Những kích thích này có thể kích thích, ví dụ, cơ đùi, cơ bắp chéo đùi, và cơ mông theo trình tự, cho phép bệnh nhân không thể kiểm soát chi phí làm những việc như đạp xe đạp. Trong 10 năm qua, các nhà nghiên cứu đã điều tra liệu công nghệ tương tự có thể giúp những người ngồi xe lăn duy trì khối xương—hữu ích vì rơi từ xe lăn có thể dẫn đến gãy xương. Nghiên cứu cho thấy kích thích cơ bắp, sau đó đặt lực lên xương và biến dạng chúng một chút, khuyến khích những xương đó duy trì sức mạnh. “Vì vậy, nó giống như một bước, nhảy và nhảy để tôi có thể nói, ‘Ai còn mất xương do thiếu sự sử dụng?’” Abitante nói.
Thiết bị siêu nhân tạo của anh ta sẽ gắn vào chiếc dây đeo của phi hành gia, và anh ấy tưởng tượng nó sẽ kích thích cơ của họ đều đặn suốt cả ngày. Nhưng trước khi anh ta có thể xây dựng một mô hình không gian, anh ta phải tìm hiểu xem co bóp được tạo ra bằng điện thế nào thực sự đặt lên xương—và nó có thể hiệu quả như thế nào trong việc tăng cường sức mạnh của chúng. “Có rất nhiều điều chúng ta không biết về cách xương phản ứng”, anh ta nói. Hầu hết các mô hình đến từ các thí nghiệm trên loài gặm nhấm và chim, với dữ liệu đó được nới rộng để phù hợp với giản đồ của con người. “Chúng ta vẫn có thể suy luận hành vi của xương con người dựa trên thí nghiệm động vật”, anh ta nói. “Công việc này hữu ích vì căng trải từ kích thích điện có thể được sử dụng để suy luận tính hiệu của nó như một công cụ mất xương cả trong không gian và trên Trái Đất.”
Hiện anh ta đang thực hiện nghiên cứu của mình với con người, như những vận động viên nghiệp dư mà anh ta thuyết phục hợp tác bằng cách tiếp cận các phòng tập gym địa phương và các câu lạc bộ chạy hoặc tập luyện tạ. Anh ta kích thích cơ bắp của người tham gia nghiên cứu bằng điện, và sử dụng mô hình cơ học để ước lượng mức độ căng trải lên xương của họ. Sau đó, anh ta so sánh lực đó với những hoạt động khác, như đi bộ hoặc tập thể dục chống lại, để xem liệu phiên bản tổng hợp có thể đáp ứng được không.
Anh ta cũng đang thử nghiệm xem mất bao lâu cho cơ bắp của họ mệt mỏi, vì anh ta muốn biết co bóp từ một chu kỳ mô phỏng đơn sẽ hiệu quả trong bao lâu, và liệu thiết bị có thể đưa ra đủ trong một ngày để tạo ra sự khác biệt.
Cho đến nay, kết quả—chưa được xuất bản, mặc dù chúng đã được giới thiệu sơ bộ tại một cuộc họp gần đây của Hội Học xương quốc tế—là không đồng đều. “Điều này thực sự phụ thuộc vào người cá nhân, cường độ co bóp của họ như thế nào”, Abitante nói. Người chơi thể thao chơi các hoạt động như judo hoặc cử tạ có co bóp tạo ra từ thiết bị mạnh mẽ hơn, điều này lại đặt áp lực lớn hơn lên xương của họ. “Cơ bắp của bạn chính là máy tập luyện”, Abitante nói.
Các dự án của sinh viên có hương vị bổ sung cho nhau. Bộ áo của Bellisle sẽ là một loại cơ sở: một phần ổn định và liên tục của việc bảo dưỡng cơ bắp của phi hành gia. “Tôi đang tăng một chút gia vị suốt cả ngày,” nói Abitante.
Công việc của họ vẫn còn ở mức sơ bộ, nhưng những ý tưởng mà họ đang khám phá có thể hữu ích trên hành tinh của chúng ta, không chỉ cho những phi hành gia trong tương lai. “Tôi chắc chắn thích nghĩ về các ứng dụng trên Trái Đất,” nói Bellisle. Các sản phẩm nén tốt hơn có thể giúp những người mắc bệnh u lymph, một tình trạng dẫn đến sự tích tụ chất lỏng trong mô mềm, giảm sưng và phân phối lại chất lỏng. Việc biết thêm về cách máy kích thích cơ hoạt động có thể giúp cải thiện điều trị cho bệnh nhân liệt giường, những người tê liệt và những người sử dụng xe lăn.
Những ứng dụng này quan trọng—cả vì chúng có giá trị riêng và cũng vì không ai thực sự biết chắc là khi nào (hoặc liệu) phi hành gia sẽ thực hiện các chuyến bay dài hạn. Tuy nhiên, Abitante cảm nhận được sức hút của tương lai đó. “Cá nhân tôi không có ý định đi đến Sao Hỏa,” anh ta nói. “Nhưng điều đó không có nghĩa là tôi không muốn giúp đảm bảo tôi sẽ thấy nó trên tin tức một ngày nào đó.”
- 📩 Tin tức mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Đăng ký nhận bản tin của chúng tôi!
- Neal Stephenson cuối cùng cũng đối mặt với nóng lên toàn cầu
- Một sự kiện tia cực địa điểm đáp ứng đổ bộ Viking ở Canada
- Cách xóa tài khoản Facebook của bạn mãi mãi
- Nhìn vào sổ tay silic của Apple
- Muốn có một PC tốt hơn? Hãy thử tự xây dựng của bạn
- 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có trước đây với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
- 🏃🏽♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để duy trì sức khỏe? Kiểm tra lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho bộ theo dõi sức khỏe tốt nhất, trang thiết bị chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất
