Foto: Jan Ondra/obrázek vytvořený pomocí ZonerAI

I při intenzivním cvičení, které probíhá na palubě ISS, můžou astronauti během krátké mise ztratit až 16 % svalové hmoty, zatímco regenerace kostí po návratu na Zemi trvá roky!

Kde není váha, není potřeba ani energie, což je velký problém. U astronautů už během několika týdnů dochází k výrazné atrofii svalů a úbytku kostní hmoty, protože tělo přestává bojovat proti gravitaci.

Studie publikovaná v časopise Cyborg and Bionic Systems jasně ukazuje, že budoucnost dlouhodobých kosmických misí se nezaměřuje pouze na rakety a podporu života ve vesmíru, jako je jídlo, vzduch nebo voda, ale velmi důležitá je samozřejmě lidská posádka. Vědci se proto zaměřují na výrobu tzv. „inteligentního těla“ astronauta.

Abychom si rozuměli. Nepůjde o náhradu ruky či nohy robotickým ramenem, ale o oblek, který bude plný elektroniky. Podmínkou ale je, aby takový oblek byl pohodlný. Představte si, že ho astronaut bude mít na sobě několik hodin nebo i dní. Možná ho nesundá ani při hygieně (?). A tady už je opravdu nutné spojit měkkou robotiku, biomechaniku, umělou inteligenci a zabudovat nositelnou elektroniku.

Degradace lidského těla

Jedním z největších problémů pobytu v mikrogravitaci je rychlá degradace lidského organismu. Nejvíce trpí antigravitační svaly, například lýtkový sval soleus nebo quadricepsy. Studie upozorňuje, že i při intenzivním cvičení, které probíhá přímo na palubě ISS, mohou astronauti během krátké mise ztratit až 16 % svalové hmoty, zatímco regenerace kostí po návratu na Zemi trvá roky!

Dalším faktorem je kosmické záření. Šestiměsíční mise vystaví astronauta dávce 50–100 mSv, což je mnohonásobně více než běžná roční expozice na Zemi. V kombinaci s izolací, omezeným prostorem a chronickým stresem roste hladina kortizolu, který dále urychluje rozpad svalové i kostní tkáně.

Současné vybavení instalované na ISS má výrazné omezení. Zařízení jako ARED nebo běžecký pás COLBERT na ISS fungují, ale vybavení je obrovské, těžké a energeticky náročné. Navíc zabírají cenný prostor a astronautům můžou způsobovat zranění ramen a zad.

Pro budoucí mise na Měsíc a Mars jsou podobné „vesmírné posilovny“ tedy velkým otazníkem, protože každý kilogram na palubě dramaticky zvyšuje cenu mise.

Právě proto vědci prosazují přechod k nositelným systémům. Chytrým exoskeletům a textilním „druhým kůžím“, které by vytvářely nepřetržitou mechanickou zátěž během běžného pohybu astronauta. Místo dvou hodin izolovaného cvičení by se terapeutickým tréninkem stal prakticky každý pohyb.

Co vše astronauty ohrožuje

Mezi nejvýznamnější stresory patří dlouhodobé vystavení mikrogravitaci, vesmírné radiaci, ale také tu jsou psychosociální stresory, které mají závažné nepříznivé účinky na lidské tělo a výkonnost.

Odzkoušené technologie versus novinky

Nová studie popisuje několik generací těchto technologií:

1. Pasivní elastické obleky, například GLCS nebo Pingvin, které simulují gravitační zatížení pomocí napnutých textilií.
2. Aktivní systémy jako V2Suit využívající gyroskopy a inerciální senzory k vytváření dynamického odporu.
3. Robotické exoskelety typu X1 od NASA.
4. Měkké textilní exoobleky poháněné kabely, pneumatickými svaly, nebo chytrými materiály.

A právě měkké exoskelety jsou podle autorů studie mimořádně perspektivní. Na Zemi musí exoskeleton překonávat gravitaci, což vyžaduje silné motory a těžké baterie. Ve vesmíru je ale situace jiná, protože gravitace je zde téměř nulová. Za těchto podmínek i malá síla dokážou vytvořit účinný odpor. Což dramaticky snižuje energetické požadavky a umožňuje lehčí konstrukce.

Významnou roli mají hrát i chytré senzory integrované přímo do textilií. Ty by mohly nepřetržitě sledovat svalovou aktivitu, únavu, tlak mezi tělem a skafandrem, hydrataci pokožky, první známky zranění nebo změny držení těla.

Takový systém by například dokázal rozpoznat, že tvrdá část skafandru vytváří nebezpečný tlak na ramenní kloub a automaticky upravit tuhost obleku, nebo astronauta včas varovat.

Zajímavou novinkou je také propojené rozhraní počítače s mozkem a sledování očí. Exoskeleton by tak mohl reagovat téměř intuitivně. Systém by rozpoznal záměr astronautova pohybu ještě dříve, než by došlo k samotné akci a upravil by podporu v reálném čase.

Technické překážky

Autoři ale upozorňují, že tyto technologie stále stojí před mnoha technickými překážkami, které zůstávají značné, a to je kosmická radiace, která degraduje elektroniku, vakuum a teplotní extrémy komplikují provoz materiálů, inerciální senzory v mikrogravitaci ztrácejí přesnost, ale také dlouhodobé nošení na těle musí být pohodlné a psychologicky přijatelné.

Proto právě lidský faktor může rozhodnout o úspěchu či neúspěchu daných technologií. Historie ukazuje, že astronauti odmítají technologie, které jsou nepohodlné, složité nebo omezující. Což asi není úplně mimo realitu pro nikoho z nás.

Studie fyziologické adaptace v důsledku mikrogravitace ve vesmíru.

Technologie bude možné využít i na Zemi

Nebylo by to poprvé, kdy technologie vyvíjené pro hluboký vesmír zásadně proměnily svět. Tyto obleky by mohly v budoucnu sloužit při rehabilitaci stárnoucí populace, pacientů po mrtvici, nebo lidí s muskuloskeletálními poruchami.

Lehké textilní exoskelety a inteligentní biomechanické senzory by mohly umožnit dlouhodobou domácí rehabilitaci bez potřeby objemných zařízení.

Studie jasně naznačuje širší trend. Budoucí kosmické mise pravděpodobně nebudou spoléhat na velké samostatné stroje, ale na inteligentní, adaptivní systémy přímo propojené s lidským tělem kombinující biologii, robotiku, AI a pokročilé materiály do jediného funkčního celku.

Zdroj: https://www.eurekalert.org/news-releases/1128096; vědecká studie byla publikovaná v časopise Cyborg and Bionic Systems – DOI: 10.34133/cbsystems.0477,