Investigadores crean casco contra efectos de gravedad en astronautas

El caso, que cuenta con dispositivos electrónicos, fue diseñado por estudiantes e investigadores del Instituto de Fisiología de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), liderados por el doctor Enrique Soto Eguibar.

El objetivo del proyecto es devolver la sensación de atracción gravitatoria en los astronautas por un sistema basado en microsensores ubicados en la parte frontal del casco y un microcontrolador que opera el modelo matemático de la función vestibular.

La investigación se basa en el conocimiento de la fisiología del sistema vestibular, que se encarga de producir reflejos oculares para estabilizar la mirada y la postura, mantener el equilibrio y generar reflejos ortostáticos.

Este sistema vestibular es un marco de referencia egocéntrica y de desplazamiento del sujeto en su entorno, pues funciona con base en células ciliadas que registran aceleraciones lineales y angulares, las primeras dadas por la gravedad o un desplazamiento.

Este sistema es polisensorial, ya que la entrada de información que proviene del vestíbulo se complementa con información visual y táctil, la cual se integra para generar reflejos al sistema motor, a la médula espinal y se transmite también a la corteza cerebral para producir procesos cognitivos.

“Cuando este sistema falla, comienzan a sentirse mareos, alteraciones en la fijación visual y en el movimiento o rotación aparente del medio exterior y, finalmente, la pérdida de equilibrio que produce caídas, una de las principales causas de muerte en ancianos”, indicó Soto Eguibar.

En una entrevista con la Agencia Informativa del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), el especialista mencionó que este proceso es esencial en la generación de procesos cognitivos y en el esquema e imagen corporal.

Además, el sistema polisensorial se altera con gravedad en los astronautas, pues en la microgravedad es imposible definir el arriba y el abajo debido a la falta de atracción gravitatoria.

Soto Eguibar detalló que al no existir esta condición, los brazos de una persona en el espacio dejan de pesar, por lo que la información del entorno obtenida de forma táctil para este sistema es muy diferente a lo que sucede en la Tierra.

Desde 2002, junto con colegas de la Universidad de California y de la Universidad Estatal de Moscú, el investigador mexicano inició un proyecto para determinar la factibilidad de crear una prótesis vestibular con el uso de microgiróscopos vibracionales y microacelerómetros.

Con base en los resultados obtenidos se concluyó que los órganos artificiales funcionan a la perfección al imitar las acciones naturales del organismo, por lo que los científicos del proyecto pusieron en marcha esta premisa.

“Le dimos un enfoque neuromimético, es decir, reproducir con exactitud lo que hacen los sistemas naturales en un sistema artificial”, agregó.

Una vez con el dispositivo artificial vestibular, la investigación encontró dos vertientes: la aplicación médica a personas con daño vestibular y una vertiente potencial en la aeronáutica.

Para el desarrollo de la aplicación espacial y aeronáutica completa se obtuvo el oído de un anfibio y de un mamífero bajo condiciones in vitro para su correcto funcionamiento.

Luego se colocaron en plataformas rotatorias en donde se registró la actividad eléctrica de los canales semicirculares —detectores de aceleraciones angulares— y los órganos otolíticos —detectores de aceleraciones lineales—.

“Estos en el caso de los pilotos de aviones se suman por la atracción gravitatoria de la Tierra y el impulso de la masa inercial, por lo que se deben integrar detectores de ambas aceleraciones para conocer qué tan inclinada se encuentra una persona en una nave”, explicó.

El dispositivo diseñado implementado tiene la capacidad de detectar vibraciones y desplazamientos, destacó el desarrollador.

“Estas pruebas nos permitieron conocer que un giróscopo y el canal semicircular de un anfibio —que es altamente similar al nuestro—, sí son capaces de medir desplazamientos direccionales y vibracionales”, comentó.

Los investigadores decidieron que el dispositivo no fuera implantable sino con estimulación galvánica vestibular, es decir mediante un casco que devolviera la sensación y estabilización.

El dispositivo cuenta con campos en diferentes regiones localizados alrededor del oído en dirección a los canales semicirculares para hacer estimulaciones galvánicas de superficie con corrientes eléctricas pequeñas.

La importancia de implementar un dispositivo que devuelva a los astro o cosmonautas la sensación de direccionalidad que proporciona la atracción gravitatoria permitirá que en la microgravedad los sujetos que usan el dispositivo no padezcan algunas ilusiones que se presentan en la microgravedad.

Por ejemplo, “si en Tierra se hace girar un disco, la vista lo seguirá de forma normal; si se realiza en el espacio, la persona sentirá que el que gira es él y no el disco”, abundó el investigador.

Además, la estabilización de la mirada en el espacio es mucho más lenta que en la Tierra, pues cuando un astronauta mueve los ojos para observar algo, la mirada no se estabiliza inmediatamente porque hay alteraciones en los mecanismos de control reflejo.

“Tarda 1.5 segundos en estabilizarse. Quiere decir que cuando un astronauta voltea la mirada, durante más de un segundo no puede ver nada”, dijo Soto Eguibar.

En la actualidad, los astronautas sufren estos efectos, pero los contrarrestan con el razonamiento de las condiciones en que se encuentran y el entrenamiento arduo al que son sometidos antes de viajar.

Se sabe que aun al volver a la Tierra, los astronautas tienen problemas en la estabilización de la mirada, pues su sistema al sufrir alteraciones induce un cambio plástico que modifica un retardo en la estabilización, señaló el especialista.

Por ello, el dispositivo de sustitución sensorial que se desarrolló puede tener una importante aplicabilidad en la astronáutica, aseguró Soto Eguibar, quien agregó que este se basa en un casco que se encuentra operativo y lo construye la Agencia Espacial Rusa, Roscosmos.

El especialista indicó que el proyecto fue protegido mediante una patente en Estados Unidos otorgada en 2014 y complementado por una patente rusa en 2015, ya que puede tener una importante aplicabilidad en la astronáutica.

En 2015 se lanzaron los sensores del casco a bordo de un pequeño satélite educativo de colaboración internacional para conocer el correcto funcionamiento de giróscopos y acelerómetros del dispositivo en el Experimento IMIS.

Existe un acuerdo aprobado para realizar pruebas a bordo de la Estación Espacial Internacional en 2017 o 2018. Luego entre 2018 y 2019, donde un cosmonauta utilizará el casco en el espacio para conocer su efectividad y devolver a los astronautas la sensación de verticalidad y mejorar la estabilización de la mirada en el espacio.