加拿大宇航局利用VR培训年轻宇航员

在加拿大宇航员大卫·圣雅克(David Saint-Jacques)于12月3日奔赴国际空间站后,这位太空新人将面临一个相当大的挑战:太空飞行将如何改变他的感知。

 

科学家们知道,处于微重力环境的宇航员如果肉眼看到另一个物体“移动”,即使它们实际上是保持不动,宇航员都常常认为它们正在移动,而这种现象使得深度感知变得更加困难。在使用机器人Canadarm2捕获输送物资的航天器时,这个问题将尤为特出。尽管经验丰富的宇航员的表现十分优异,但科学家们正在努力减少任何潜在的并发症。毕竟,宇航员需要物资才能在太空中继续任务。

这就是圣雅克的实验挑战。他用了半小时的时间来体验“Vection”,后者是一款VR内容,旨在帮助科学家进一步了解宇航员是如何估计太空对象的大小与运动。他戴上了VR头显并进行了三个实验:估计一个对象的大小,在虚拟世界中“移动”至他认为物体所处的位置,并确定他是如何感知倾斜和视觉加速度。

 

实验结果可用于提高国际空间站上的任务操作安全性,同时能够为未来前往月球或火星执行任务的宇航员提供帮助。

 

多伦多约克大学的首席研究员劳伦斯·哈里斯(Laurence Harris)解释说:“通过了解自我运动和距离感知中的错误,以及它们是如何在太空中随时间发生变化,我们或许能够理解任何涉及这些判断的任务。”

 

进入“Vection”后,宇航员需要接受系统引导并完成三个任务。首先,沿着虚拟走廊“横向”加速,引发运动感(即使实际上仍然保持静止)。

 

哈里斯指出:“我们随后会要求他们指向地板的新角度,从而评估他们是否会将任何视觉加速度解释为这是由于重力引起的加速度。如果他们认为之前的运动方向为‘向上’,则地板看起来应该为倾斜。”

 

在第二个实验中,宇航员将在同一个走廊中查看一个目标。当宇航员沿走廊“移动”时,目标消失。当到达目标所在的位置时,他们需要按下按钮。

 

哈里斯解释说:”这可以告诉我们视觉运动在太空中的强大程度:视觉运动在多大程度上令你感觉自己已经进行了移动。“

 

第三个实验要求宇航员将虚拟走廊中物体的大小与他们手中的参考物体进行比较。哈里斯补充说:“他们评估物体尺寸的唯一方法是知晓物体的距离,只有这样才能测量其感知深度。”

 

这项研究不仅可以对国际空间站带来帮助,同时有助于未来的任何太空飞行活动,包括美国宇航局希望建立Lunar Orbital Platform-Gateway空间站的愿望,以及在接下来的数十年中将人类送往火星。理解太空中的深度感知可以帮助宇航员提高到达紧急舱口,停靠航天器或控制机器人平台的能力。

 

这项研究同时可以为地球上的我们产生影响,比如更好地控制移动车辆,或者辅助平衡感更弱的人士,如老人。

 

哈里斯指出:“一个主要目标是了解我们的大脑是如何处理自我运动线索,同时提供一个定量模型,帮助我们理解大脑为做到这一点是如何将感官信息组合在一起。”

 

每位参与实验的宇航员都将进行五次测试。圣雅克已经经历了两次测试,一次是在地面上,另一次则是在他抵达国际空间站的几天后。接下来的三次测试将在他完全适应太空后(80天到100天之间),回到地球后(着陆后四到六天),以及完全恢复并适应地球生活(着陆后50天-70天)后进行。

 

但对于“Vection”实验的最终结果,我们必须要耐心等待。国际空间站上的宇航员不多,而实验至少需要有七名宇航员参加。总结数据的最终报告预计将于2023年公布。