Presse du jour
Même sur Terre, entre 1993 et 2013, la désorientation spatiale a entraîné la perte de 65 avions, 2,32 milliards de dollars de dégâts et 101 morts aux États-Unis.
La technologie portable pourrait-elle augmenter les sens des astronautes, leur permettant ainsi de surmonter les limites de leurs capteurs biologiques ? Et quel type de formation pourrait établir un lien plus profond entre l’astronaute et la technologie portable, afin que les astronautes puissent s’appuyer sur la technologie lorsqu’ils ne peuvent pas faire confiance à leurs propres sens ?
Je suis chercheur scientifique au laboratoire d’orientation spatiale Ashton Graybiel de l’université Brandeis. Avec mes collaborateurs, Alexander Panic, James Lackner et Paul DiZio, j’étudie l’augmentation sensorielle et la désorientation spatiale, c’est-à-dire le moment où les astronautes et les pilotes perdent le sens de leur orientation.
La recherche sur la désorientation spatiale pourrait aider les astronautes à l’avenir et pourrait avoir des applications dans d’autres domaines, comme les troubles vestibulaires.Dans un article publié en novembre 2023 dans Frontiers in Physiology, nous avons déterminé si les vibrotacteurs – de petits appareils vibrants placés sur la peau – pouvaient améliorer les performances des participants placés dans des conditions désorientantes imitant un vol spatial. Nous avons également étudié quel type de formation pourrait améliorer la connexion entre l’humain et l’appareil.
Les vibrotacteurs communiquent des informations via les récepteurs tactiles du système somatosensoriel au lieu du système visuel. Ils ont déjà aidé des pilotes d’hélicoptères et d’avions.
Lorsque les pilotes sont désorientés, leur système visuel est souvent submergé d’informations. Les vibrotacteurs peuvent aider car ils envoient des signaux tactiles plutôt que des signaux visuels.
Création d’une condition analogique de vol spatial
Pour notre première expérience, nous voulions déterminer si l’utilisation de vibrotacteurs améliorerait la capacité d’un participant à se stabiliser dans des conditions de vol spatial désorientantes.
Nous avons attaché les participants à un dispositif de rotation multi-axes, qui est une machine contenant une chaise programmée pour se comporter comme un pendule inversé. Comme un crayon tombant à gauche ou à droite lorsque vous essayez de l’équilibrer sur le bout de votre doigt, le dispositif de rotation multi-axes s’incline vers la gauche ou la droite. Les participants utilisaient un joystick pour essayer de s’équilibrer et de maintenir la chaise droite.
Nous avons bandé les yeux des participants, car la désorientation spatiale se produit souvent lorsque les pilotes ne peuvent pas voir, par exemple lorsqu’ils volent de nuit ou à travers les nuages.
Sur Terre, de minuscules organes situés dans les oreilles internes, appelés otolithes, aident les gens à maintenir leur équilibre en détectant l’inclinaison du corps par rapport à une position verticale, également appelée verticale gravitationnelle. Dans l’espace et notamment lors des transitions gravitationnelles, comme lors d’un atterrissage sur une planète ou sur la Lune, les informations gravitationnelles détectées par les otolithes sont très différentes de celles sur Terre. Cela peut provoquer une désorientation.
De plus, les vols spatiaux de longue durée modifieront la façon dont le cerveau interprète les signaux provenant des otolithes. Cela peut également entraîner une désorientation lors de l’atterrissage.
Dans notre condition analogique terrestre, destinée à servir de contrôle pour comparer les conditions de vol spatial que nous avons testées, les participants étaient assis dans le dispositif de rotation multi-axes et utilisaient un joystick pour se stabiliser autour du point d’équilibre. Le point d’équilibre était en position verticale, ou verticale gravitationnelle.
Étant donné que les otolithes peuvent détecter l’inclinaison par rapport à la verticale gravitationnelle, les participants ont toujours eu une bonne idée de leur orientation et de l’emplacement du point d’équilibre. Nous avons appelé cela la condition analogique terrestre car ils pouvaient utiliser des signaux gravitationnels pour accomplir cette tâche. Chaque participant a appris et amélioré ses performances au fil du temps.
Ensuite, dans les conditions analogiques du vol spatial, nous avons demandé au dispositif de rotation multi-axes de faire reculer les participants de 90 degrés. Le point d’équilibre était toujours au centre et le dispositif de rotation multi-axes était programmé pour s’incliner vers la gauche ou vers la droite lorsque les participants étaient sur le dos.
Dans l’état de la Terre, le point d’équilibre était aligné avec le montant, il était donc facile d’utiliser les otolithes pour déterminer l’inclinaison d’un otolithe. Cependant, dans les conditions de vol spatial, les participants ne s’inclinaient plus par rapport à la verticale gravitationnelle, car ils étaient toujours sur le dos. Ainsi, même si le point d’équilibre qu’ils essayaient de trouver était le même, ils ne pouvaient plus utiliser la gravité pour déterminer à quel point ils étaient inclinés par rapport au point d’équilibre.
De même, les astronautes ont des signaux gravitationnels minimes lors de leur premier atterrissage. Dans nos conditions de vol spatial, les participants ont montré de très mauvaises performances et ont eu des taux élevés de perte de contrôle.
Dans la condition analogique terrestre, les participants sont en équilibre dans le plan vertical vertical, tandis que dans la condition analogique du vol spatial, les participants sont inclinés vers l’arrière et s’équilibrent dans le plan horizontal. Là, ils ne peuvent plus utiliser les informations gravitationnelles pour déterminer où ils se trouvent. Laboratoire d’orientation spatiale Ashton GraybielPour chacun des 13 participants du groupe expérimental, nous avons fixé quatre vibrotacteurs sur chaque bras. Plus un participant s’éloignait du point d’équilibre, plus les vibrotacteurs vibraient du même côté.
Nous avons constaté que le retour vibrotactile améliorait les performances dans les conditions désorientantes du vol spatial. Mais cela a également conduit à un sentiment de conflit entre la perception incorrecte de l’orientation du participant et son orientation réelle, telle qu’indiquée par les vibrotacteurs.
En raison de ce conflit, les performances des participants dans les conditions de vol spatial n’étaient pas aussi bonnes que dans les conditions terrestres.
Étonnamment, même le fait de savoir qu’ils étaient désorientés et de faire état d’un niveau élevé de confiance dans les vibroacteurs n’était pas suffisant pour permettre aux gens de continuer à apprendre et à améliorer leurs performances. Cela suggère que la confiance cognitive, ou le niveau de confiance qu’ils déclarent eux-mêmes, peut différer de leur confiance instinctive – et la confiance cognitive à elle seule ne garantit pas que les gens pourront compter sur les vibrotacteurs lorsqu’ils sont désorientés.
Créer un lien homme-appareil
Des recherches antérieures sur la substitution sensorielle ont montré que permettre aux participants d’explorer librement et de jouer avec l’appareil pendant l’entraînement crée un lien entre l’humain et l’appareil.
Lors de notre première expérience, nous avons donné aux participants le temps d’explorer le fonctionnement de l’appareil. Nous leur avons donné 40 minutes pour explorer le retour vibrotactile dans les conditions terrestres la veille de leur test dans les conditions d’un vol spatial. Bien que cela ait aidé les participants à mieux performer que ceux qui n’avaient pas de vibrotacteur, leurs améliorations étaient modestes et ces participants n’ont montré aucune amélioration supplémentaire de leurs performances après avoir passé 40 minutes dans des conditions de vol spatial.
Alors, pourquoi cette exploration gratuite n’était-elle pas suffisante pour notre condition de test mais suffisante pour d’autres expériences ? Une des raisons pourrait être que la majorité des études antérieures sur l’augmentation sensorielle ont eu lieu dans le même environnement. Cependant, les astronautes recevront très probablement leur formation sur Terre avant d’être dans l’espace, où leurs informations sensorielles seront très différentes.
Pour déterminer si une formation spécialisée pouvait conduire à de meilleurs résultats, nous avons fait suivre à un autre groupe de participants un programme de formation.
Les participants ont passé la première journée dans des conditions analogues à la Terre, où ils ont dû se stabiliser tout en recherchant des points d’équilibre cachés différents de la verticale ou de la verticale gravitationnelle. Afin de trouver le point d’équilibre caché, ils ont dû se désengager de leur désir de s’aligner avec le montant tout en se concentrant sur les vibrotacteurs, qui indiquaient l’emplacement du point d’équilibre.
Lorsque ce groupe a été testé le deuxième jour dans des conditions analogiques de vol spatial, ils ont obtenu des résultats nettement meilleurs que le groupe qui possédait les vibrotacteurs mais n’avait pas reçu le programme de formation. Nos résultats suggèrent qu’une simple exposition à des dispositifs d’augmentation sensorielle ne suffira pas à entraîner les astronautes à s’appuyer sur l’appareil lorsqu’ils ne peuvent pas compter sur leurs propres sens.
En outre, la confiance cognitive dans l’appareil peut ne pas suffire à garantir la fiabilité. Au lieu de cela, les astronautes auront besoin d’une formation spécialisée qui nécessite de se désengager d’un sens tout en se concentrant sur les commentaires de l’appareil.
Vivekanand Vimal reçoit un financement du programme de recherche humaine de la NASA sous la subvention 80NSSC22K0758
