Chytrá nositelná elektronika k monitorování pohybu a svalové aktivity astronautů na ISS
Astronauti vystavení mikrogravitaci mohou během jediného měsíce přijít až o 30 % svalové hmoty (Williams et al., 2009). Bez pravidelného a intenzivního denního cvičení by fyzický stav astronautů po dlouhodobém pobytu ve vesmíru odpovídal kondici osmdesátiletého jedince (Trappe et al., 2009).
Proto je nezbytné detailně sledovat změny svalové aktivity a pohyb astronautů v mikrogravitaci, aby bylo možné optimalizovat tréninkové programy a minimalizovat zdravotní rizika spojená s dlouhodobými vesmírnými misemi. Řešení na tento problém chce najít experiment AstroMoWe, který ve spolupráci s Evropskou vesmírnou agenturou (ESA) vyvíjí chytré nositelné senzory pro měření elektromyografické (EMG) a pohybové aktivity astronautů.
Díky kombinaci pokročilé elektroniky, chytrých textilií a umělé inteligence toto řešení otevírá nové možnosti v péči o zdraví astronautů i ve vědeckém výzkumu adaptace lidského těla na podmínky mikrogravitace.
AstroMoWe lze úspěšně využít také na Zemi, a to pro kontinuální sledování svalové a pohybové aktivity u zdravých osob i pacientů. Uplatnění tak najde např. v rehabilitaci, diagnostice a prevenci úrazů v namáhavých povoláních i v péči o seniory, kde dokáže včas odhalit úbytek svalové hmoty či riziko přetížení způsobené změnami v životním stylu.
Hlubší vysvětlení experimentu a jeho cíl
Technologie AstroMoWe přináší rozvoj v monitoringu fyzického stavu ve vesmíru tím, že umožňuje kontinuální a pohodlné sledování svalové a pohybové aktivity během volnočasových i pracovních činností astronautů na ISS. Měření bude probíhat před letem, během mise i po návratu, aby bylo možné provést komplexní analýzu pohybových vzorců a svalové činnosti v prostředí mikrogravitace.
Dílčím cílem projektu je také testování elektroniky, e-textilií a metod umělé inteligence. Výsledkem bude ověření, zda nový nositelný systém splňuje požadavky pro pilotované vesmírné lety, protože jeho chování v mikrogravitaci se může odlišovat od pozemských podmínek. Integrace těchto přizpůsobených technologií přinese nové vědecké poznatky o fyziologických adaptacích lidského těla v mikrogravitaci, a zároveň podpoří dohled nad zdravím a zlepšení výkonnosti astronautů během náročných vesmírných misí.
Jak to funguje a jak bude experiment probíhat?
Čtyři elektronické jednotky budou připevněny na paže a nohy pomocí pružných pletených návleků z vodivé textilie, které zajistí přesné umístění senzorů s elektrodami na kůži. Elektrodový systém je vyšitý ze speciálně vyvinuté hybridní vodivé nitě, kombinující nevodivá vlákna s pozlacenými mikrodrátky z molybdenu o průměru pouhých 30 mikrometrů.
Tyto elektronické jednotky budou snímat aktivitu klíčových svalů – bicepsu brachii a rectus femoris – a současně zaznamenávat i pohyb a orientaci končetin ve vesmíru. Naměřená data se uloží do vnitřní paměti senzorů, přičemž kvalitu signálu bude v reálném čase kontrolovat umělá inteligence.
Technologie AstroMoWe přináší významný pokrok v monitorování fyzického stavu astronautů a řeší několik dosavadních omezení. Tradiční metody sledování svalové a pohybové aktivity ve vesmíru byly často nepravidelné, vyžadovaly přerušení běžných činností astronautů nebo použití objemného laboratorního vybavení, což omezovalo množství získaných dat a jejich přesnost. AstroMoWe toto omezení odstraňuje díky kompaktní elektronice a chytrým textiliím, které lze pohodlně nosit během každodenních pracovních i volnočasových aktivit.
Systém umožňuje nepřetržité a přesné sledování svalové a pohybové aktivity, přičemž umělá inteligence automaticky vyhodnocuje kvalitu dat a upozorňuje na případné problémy. Díky kvalitnímu záznamu dat je možné optimalizovat fyzickou zátěž, protože získaná data umožňují přizpůsobit cvičební programy a pracovní činnosti individuálním potřebám každého astronauta.
Díky těmto vlastnostem systém AstroMoWe nejen zlepšuje dohled nad zdravím astronautů, ale také umožňuje vědecké studium adaptace lidského těla v mikrogravitaci. To je klíčové pro bezpečné a efektivní dobývání kosmu člověkem, plánování dlouhodobých misí a testování nových cvičebních protokolů a pracovních postupů ve vesmíru.
Přehled institucí stojících za experimentem
- ČVUT v Praze
- Západočeská univerzita v Plzni
- G.L. Electronic
- VÚB
Hlavní zástupci řešitelského týmu
Project Manager (ČVUT): doc. Ing. Patrik Kutilek, M.Sc., Ph.D.
Patrik Kutílek působí na Vojenské lékařské fakultě Univerzity obrany a na Fakultě biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického, kde je vedoucím vědecko-výzkumné skupiny. Magisterský titul získal v roce 2002 na Univerzitě obrany v oboru letecká a raketová technika a v roce 2006 zde obhájil doktorský titul v oboru robotické systémy.
Titul docenta získal v roce 2015 v oboru vojenská technika elektrotechnická. Do roku 2007 působil v oblasti kybernetické a informační bezpečnosti na Ministerstvu obrany ČR. Jako akademický pracovník několik let působil na 2. lékařské fakultě Univerzity Karlovy a na Lékařské fakultě Univerzity Karlovy v Hradci Králové. Ve svém výzkumu se zaměřuje na využití robotiky a kybernetiky v biomedicínských a environmentálních aplikacích a na implementaci senzorových systémů v asistenčních technologiích. Je řešitelem nebo spoluřešitelem řady národních a mezinárodních projektů.
Project manager (ZČU): doc. Ing. Tomáš Blecha, Ph.D.
Tomáš Blecha působí na Fakultě elektrotechnické Západočeské univerzity v Plzni, kde získal v roce 2003 magisterský titul v oboru Elektronika a telekomunikace, v roce 2007 získal na téže univerzitě doktorský titul v oboru Elektrotechnika a v roce 2016 titul docent. Ve výzkumu se zaměřuje na materiály a technologie pro elektrotechniku zejména pro oblast elektronických textilií, tištěné elektroniky a elektronických součástek. Dále se zabývá charakterizací, měřením, modelováním a simulacemi vysokofrekvenčních prvků a obvodů. Je řešitelem nebo spoluřešitelem řady národních a mezinárodní projektů.
Project Manager (G.L. Electronic): Ing. Zdenek Ančík, Ph.D.
Zdeněk Ančík působí jako Project Manager ve společnosti G.L. Electronic s.r.o. Má více než desetiletou zkušenost v oblasti leteckého a kosmického průmyslu a výzkumu. Doktorské i magisterské studium absolvoval na Vysokém učení technickém v Brně, část studia také na Lund University a Universitat Politècnica de València. Profesně se věnuje vývoji aerospace a high-tech elektroniky, se zaměřením na testování a integraci elektronických zařízení pro letecké a kosmické aplikace. Je řešitelem či spoluřešitelem řady národních i mezinárodních projektů.
Project Manager (VÚB): Ing. Kubový Vladimír – VÚB a.s
Vladimír Kubový je projektový manažer výzkumu a vývoje v oblasti speciálních textilií a elektronických textilií ve firmě VÚB a.s. Ústí nad Orlicí. Technickou Univerzitu v Liberci, fakulta textilní, ukončil státními zkouškami v roce 2003. Řeší a koordinuje výzkumné projekty zaměřené především na elektronické textilie a monitorování vybraných fyziologických funkcí člověka. Je řešitel nebo spoluřešitel v několika mezinárodních projektech a národních projektech zaměřených na elektronické textilie a speciální textilie. Má praxi v průmyslu v oboru strojírenství, konkrétně v textilní a výzkumné činnosti v textilním strojírenství.