Вчені створили м'який екзоскелет для астронавтів на Марсі

Коли астронавти нарешті досягнуть Марса, вони зіткнуться з унікальним викликом: ходьбою та роботою в умовах гравітації, яка становить лише 37 відсотків від земної. Після місяців перебування в невагомості космосу їхні ослаблені м'язи та кістки будуть боротися навіть із цією зниженою гравітацією. Тепер дослідники з Університету Брістоля розробили перспективне рішення: м'який, носимий екзоскелет, що працює на надувних «бульбашкових м'язах».

Типова місія на Марс передбачає близько тисячі днів подорожі, з приблизно 40 відсотками часу, проведеного в нульовій гравітації під час польоту до Червоної планети та назад. Протягом цього часу астронавти втрачають значну м'язову масу, до 20 відсотків на місяць, а щільність кісток зменшується на 1−2 відсотки щомісяця. Коли вони нарешті приземляться на Марсі, їм доведеться виконувати складні завдання, такі як підняття обладнання та довгі переходи, але з тілами, серйозно ослабленими тривалим космічним польотом.

Поточні рішення, такі як дві години щоденних фізичних вправ, які виконують астронавти на Міжнародній космічній станції, забезпечують лише обмежений захист. Жорсткі роботизовані екзоскелети пропонувалися як альтернатива, але вони важкі, громіздкі та складні для інтеграції з космічними костюмами.

Команда з Брістоля на чолі з Емануеле Пульвіренті опублікувала дослідження, яке детально описує інноваційний підхід з використанням «бульбашкових штучних м'язів» — легких пневматичних приводів, які скорочуються при надуванні повітрям. Можна уявити їх як складні версії тих нарукавників, які використовуються в басейнах, але спроектовані для забезпечення точної допомоги м'язам.

Три таких бульбашкових м'язи працюють разом, щоб допомогти астронавтам згинати коліна під час ходьби. При надуванні вони скорочуються та забезпечують додаткову силу для допомоги руху ніг, компенсуючи ослаблені м'язи астронавта, зберігаючи при цьому природні патерни ходьби.

Дослідники створили складну роботизовану ногу для імітації ходьби в марсіанській гравітації та протестували продуктивність свого екзоскелета. Результати виявилися обнадійливими: пристрій успішно збільшив як максимальний кут згинання коліна, так і швидкість руху ноги. Важливо, що він не заважав природному ритму ходьби, що є вирішальним фактором для реального використання.

Система показала найбільшу ефективність при наданні допомоги протягом більших частин циклу ходьби, демонструючи, що вона дійсно може допомогти відновити більш земні патерни руху на Марсі.

Хоча технологія розроблялася для космічних досліджень, вона може мати значне застосування на Землі. Легкі бульбашкові м'язові екзоскелети роблять їх ідеальними кандидатами для допомоги людям з проблемами мобільності, пропонуючи більш комфортну та природну альтернативу жорстким механічним опорам.

Дослідження представляє важливий крок до того, щоб зробити тривалі космічні місії більш здійсненними, забезпечуючи, що коли люди нарешті ходитимуть по Марсу, вони матимуть технологічну допомогу, необхідну для ефективного дослідження та роботи на нашій сусідній планеті.

Розробка екзоскелета з бульбашковими м'язами відкриває нові можливості для майбутніх космічних місій. На відміну від традиційних жорстких екзоскелетів, цей пристрій забезпечує гнучкість та природність рухів, що критично важливо для астронавтів, які повинні виконувати складні завдання на поверхні Марса.

Технологія базується на принципі пневматичних приводів, які активуються стисненим повітрям. Це робить систему не лише легшою, але й більш надійною порівняно з електромеханічними аналогами. Бульбашкові м'язи можуть швидко реагувати на потреби користувача, забезпечуючи підтримку саме тоді, коли вона найбільше потрібна.

Тестування показало, що екзоскелет особливо ефективний під час фази підйому ноги в циклі ходьби, коли ослаблені м'язи астронавтів найбільше потребують допомоги. Система автоматично адаптується до індивідуального стилю ходьби користувача, не порушуючи природні біомеханічні процеси.

Крім космічного застосування, дослідники бачать великий потенціал цієї технології в медичній реабілітації. Люди, які відновлюються після травм або страждають від м'язових захворювань, могли б скористатися такими пристроями для покращення своєї мобільності та якості життя.

Розробка також враховує особливості марсіанського середовища, включаючи температурні коливання та пилове забруднення. Екзоскелет спроектований так, щоб функціонувати в екстремальних умовах Червоної планети, забезпечуючи надійну роботу протягом тривалих періодів дослідження.