Совместная команда, в которую входят профессора электротехники и компьютерной инженерии и более десятка студентов, представляет будущий скафандр, который мог бы контролировать здоровье космонавтов и использовать тепло тела для питания электроники. Работая с модельным скафандром, инженеры изучают, как носимые медицинские датчики могут быть использованы в будущих космических миссиях для сохранения здоровья космонавтов.
Проект поддерживается трехлетним грантом НАСА в размере 750 000 долларов США, в нем участвуют факультет электротехники и компьютерной инженерии Инженерного колледжа, Лаборатория электронного дизайна и Колледж экологии человека, включая кафедру кинезиологии и отдел одежды, текстиля и дизайна интерьера.
Уильям Кун, профессор электротехники и компьютерной инженерии, и Стивен Уоррен, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники, являются двумя ключевыми преподавателями, работающими над инженерной частью.
«Этот проект поддерживает ряд студентов и аспирантов в проведении инженерных исследований системного уровня и превращении их в технологов будущего», — сказал Кун.
Проект состоит из пяти частей, в каждой из которых задействовано несколько студентов:
* Разработка и тестирование биосенсоров, которые могут отслеживать жизненно важные данные космонавтов, такие как частота дыхания или мышечная активность.
* Создание специализированной беспроводной сети, чтобы биосенсоры скафандров могли связываться друг с другом и с космической станцией.
* Использование технологии сбора энергии для питания радиоприемников и биосенсоров, когда космонавт находится в скафандре.
* Создание прототипов оборудования для биосенсоров и электроники для сбора энергии.
* Производство дополнительных технологий, таких как новые радиотехнологии и устройства для домашнего ухода.
«Этот проект является хорошим примером того, как, когда вы делаете что-то в космосе, нужно переосмыслить все — человеческие элементы и нечеловеческие элементы системы», — сказал Уоррен. "Нам нужно многое узнать о физиологии человека и о том, что происходит с человеком, когда он физически меняется в условиях пониженной гравитации."
Инженеры используют 3D-симуляторы электромагнитного поля и модель скафандра. Поскольку настоящие скафандры стоят 13 миллионов долларов, Эрин Монфорт-Нельсон, магистрантка по одежде, текстилю и дизайну интерьера, Иола, построила копию скафандра, используемого в программе космических шаттлов.
Копия костюма сделана из нескольких слоев материала, включая металлизированные ткани, для моделирования слоев реальных костюмов, которые защищают космонавтов и согревают их.
Батареи слишком опасны для размещения в богатой кислородом среде скафандра, поэтому команда разрабатывает новые методы сбора энергии для сбора энергии. Эти методы используют разницу температур между теплом тела и охлаждающей одеждой скафандра для питания радиоприемников и другой электроники внутри скафандра.
«Это проект системного уровня, в котором мы объединяем проектирование интегральных схем, разработку программного обеспечения, биомедицинские датчики и биологию людей», — сказал Кун.
К проблемам связи и электроснабжения в космосе добавляется то, что тела астронавтов также изменяются в космосе. Мышечная масса и плотность костей уменьшаются, а зрение космонавта может измениться.
Уоррен работает с Томасом Барстоу, профессором кинезиологии, и группой студентов над разработкой сенсоров, которые астронавты могут носить для измерения состояния своего здоровья и прогнозирования наступления усталости. Исследования включали моделирование лунных задач, таких как подъем по лестницам или сбор образцов горных пород, с использованием как коммерческих датчиков, так и устройств, разработанных командой Университета штата Канзас.
Некоторые из этих носимых сетевых датчиков области тела включают в себя:
* Электромиографические датчики для контроля мышечной активности.
* Акселерометры для измерения движения.
* Датчики пульсоксиметрии носятся на лбу, запястье или пальце для измерения насыщения крови кислородом и частоты сердечных сокращений.
* Нагрудные респираторы для измерения частоты дыхания.
Инженеры также разрабатывают способы связи этих датчиков друг с другом в скафандре и с узлом скафандра, который передает информацию обратно на космическую станцию.
«Этот проект — фантастическая попытка сообщества и сплочения коллектива», — сказал Уоррен. "Это хорошее место для создания местного сообщества исследователей, которые будут вести плодотворный и частый диалог для достижения той же цели. Мы можем вносить новые идеи в класс и преподавать их студентам."