Sind Roboterhosen der Raumanzug der Zukunft?

(SeaPRwire) –   Der coolste Teil der Raumfahrt ist wohl die Schwerelosigkeit – doch sie ist auch der problematischste. Unter Schwerelosigkeit verkümmern die Muskeln, der Herzschlag verändert sich, der Blutdruck steigt und Knochen verlieren jeden Monat im All an Substanz. Da einige Astronauten ein Jahr oder länger im All bleiben, ist das eine enorme Menge potenzieller Schäden. Sport hilft; Astronauten an Bord der International Space Station (ISS) müssen täglich zwei Stunden auf dem Laufband und dem stationären Fahrrad verbringen. Doch das reicht immer noch nicht aus, um das Problem umzukehren. Und es ist nicht nur die Schwerelosigkeit, die gefährlich sein kann. Langfristige Aufenthalte in der reduzierten Schwerkraft des Mondes oder des Mars könnten ähnliche negative Auswirkungen haben.

„Als ich aus dem All zurückkam, musste ich aus der Kapsel getragen werden und verbrachte meine ersten Tage auf der Erde wie eine 90-jährige Person“, sagt die pensionierte Astronautin Kate Rubins, die zwei Einsätze an Bord der ISS absolvierte und insgesamt 300 Tage im All verbrachte. „Viele meiner physiologischen Systeme ähnelten denen einer Person, die 20 oder 30 Jahre älter war als ich.“

Nun könnte es eine Lösung geben: Roboterhosen. Wie in Advanced Science berichtet wird, hat ein Team von Forschern unter der Leitung von Emanuele Pulvirenti, Forschungsassistent am Soft Robotics Lab der University of Bristol in Großbritannien, ein Kleidungsstück entwickelt, das unter Raumanzügen getragen werden kann, um einen Teil des Widerstands zu bieten, der in einer Umgebung mit Schwerkraft spürbar ist, und so den Körper funktionsfähig zu halten, als wäre er wieder auf der Erde.

Die Hose, die von der Taille bis zum Knie reicht, besteht aus zwei Teilen: einer äußeren Nylonschicht und einer inneren, luftdichten Kunststoffschicht. An der Vorder- und Rückseite beider Knie befinden sich sogenannte BAMs, die aus Kunststoffschläuchen und Halteringen bestehen, die mit Luft aufgeblasen werden können, um Druck auf die darunterliegenden Muskeln auszuüben. BAMs wurden in der Vergangenheit eingesetzt, um die Muskeln des Trägers zu unterstützen, indem sie Soldaten beim Tragen schwerer Rucksäcke oder Menschen mit Behinderungen beim Wiedererlangen verlorener Mobilität halfen. In der aktuellen Studie positionierten Pulvirenti und seine Kollegen die Einheiten jedoch an Stellen, die den Trägern die Bewegung tatsächlich erschweren würden, was zu einer kontinuierlichen geringfügigen Anstrengung führte, die einige der gesundheitlichen Vorteile der Schwerkraft hätte.

Um das System zu testen, reisten Pulvirenti und sein Team zur University of Milan, der Heimat des L.O.O.P. (Locomotion and Outer-space Orientation Platform) Labors, das von der European Space Agency gebaut und betrieben wird. Der L.O.O.P. ist mit einem Gurtsystem ausgestattet, das Probanden sanft nach oben ziehen kann, wodurch die reduzierte Ein-Sechstel-Schwerkraft des Mondes oder die 38%ige Schwerkraft des Mars nachgebildet wird. Das Team rekrutierte sechs Probanden – vier Männer und zwei Frauen – mit einem Medianalter von knapp unter 31 Jahren und ließ sie mit dem L.O.O.P. und den Roboterhosen ihre Übungen durchführen. Sensoren wurden über sieben Muskeln in ihren Beinen positioniert und eine Maske wurde über ihre Münder platziert, die ausgeatmeten Atem sammelte und Atemgase, Lungenventilation, Sauerstoffverbrauch und Kohlendioxidproduktion maß.

Die Probanden stiegen dann auf ein Laufband und gingen vier Minuten lang unter sechs Bedingungen: ohne die Roboterhosen, mit den Roboterhosen, aber ohne aufgeblasene BAMs, und mit aufgeblasenen BAMs. Sie führten zunächst alle drei Übungen ohne Gurt unter dem Ein-G-Schwerkraftfeld der Erde durch und dann mit angelegtem Gurt, um eine simulierte Ein-Sechstel-Mondschwerkraft zu erzeugen. Was die Forscher suchten, war eine erhöhte Aktivität in den sieben Beinmuskeln und eine Steigerung der Stoffwechselaktivität, was darauf hindeutet, dass der Körper sich anstrengte. Die Ergebnisse waren frappierend.

Als die Probanden unter irdischer Schwerkraft gingen, mit nicht aufgeblasenen BAMs, erlebten sie einen Anstieg der Stoffwechselaktivität um 18,2%, was zeigte, dass allein die Anwesenheit der BAMs ausreichte, um Gangart und Anstrengung zu beeinflussen und die Träger härter arbeiten zu lassen. Als die BAMs aufgeblasen wurden, stieg die Stoffwechselrate um 20,1%. Unter der simulierten Mondschwerkraft stieg der Stoffwechsel um 20,1% bei nicht aufgeblasenen BAMs und um 29,3% bei aufgeblasenen. Gleichzeitig erhöhte sich die Aktivierung der Beinmuskulatur um 13.9% bis 87%, je nachdem, welcher Muskel gemessen wurde.

„Ich würde diese Technologie gerne weiterentwickeln, damit sie irgendwann auf der International Space Station getestet werden könnte“, sagte Pulvirenti in einem Begleittext zur Veröffentlichung der Studie.

Was außerhalb des Planeten funktioniert, könnte auch auf ihm funktionieren und verletzten oder behinderten Menschen helfen, Kraft und Bewegung wiederzuerlangen. „Dieser Exosuit ist assistiv, das heißt, er verstärkt künstlich die Muskeln der unteren Gliedmaßen, aber wir haben auch separat einen resistiven Exosuit entwickelt, der den Körper belastet, um die Muskelmasse zu erhalten“, sagt Pulvirenti. „Unser nächstes Ziel ist es, einen Hybridanzug zu entwickeln, der zwischen Unterstützung und Widerstand wechseln kann … was von großem Nutzen für Menschen sein könnte, die Unterstützung bei der Mobilität während der physiotherapeutischen Rehabilitation benötigen.“ Es mag Jahre dauern, bis wir zum Mond gelangen, und Jahrzehnte, bis wir es zum Mars schaffen, aber der Exosuit ist bereits bereit, seine Aufgabe hier auf der Erde zu erfüllen.