فناوری های پوشیدنی هوشمند در جایی خارج از کره زمین

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، مرکز هوافضای آلمان(DLR) با همکاری شرکت فناوری هوا فضای DSI، دانشکده پزشکی بیله فلد و موسسه تحقیقات نساجی هوینشناین موفق به توسعه تی شرت های هوشمند جدیدی با نام SmartTex شده اند.

در این تی شرت سنسورهایی تعبیه شده است که از طریق یک شبکه ارتباطی بی سیم داده های فیزیولوژی را از بدن فضانورد در ایستگاه فضایی بین المللی(ISS) به زمین منتقل می کند. این تی شرت هوشمند اساسا در طول ماموریت فضایی طولانی مدت بر عملکرد سیستم قلبی عروقی فضانورد در فضا و تغییرات فیزیولوژیکی آن نظارت دارد.

اهداف علمی در وهله اول برای فضانوردان و بعد برای همه

مهم ترین هدف علمی پروژه WICO2 ایجاد یک زیرساخت شبکه ای بی سیم انعطاف پذیر و سازگار به منظور اجرا و انجام آزمایشات بی سیم، پایین توان و با وزن کم در ایستگاه فضایی بین المللی می باشد. سیستم WICO2 برای این منظور بررسی های متعددی را انجام می دهد از جمله بررسی تاثیر محیط فضا بر سیستم قلبی عروقی. علاوه بر آن سیستم جدید با استفاده از فناوری رادیویی باند فوق وسیع(IR-UWB) امکان محلی سازی دقیق و تجزیه و تحلیل پتانسیل برداشت انرژی در ایستگاه فضایی بین المللی را فراهم می کند.

تحقیق و بررسی WICO2 نشان دهنده عملیات یک شبکه بی سیم برای نظارت از طریق سنسورها و یا انتقال داده ها بر اساس پالس های فناوری رادیویی باند فوق وسیع می باشد ضمن این که کیفیت سیگنال شبکه بر پایه IR-UWB را نیز ضبط می کند.

علاوه بر آن عملیات سیستم WICO2 شامل موارد زیر می شود:

• انجام بالیستوکاردیوگرافی(اندازه گیری نیروهای بالستیک ایجاد شده توسط قلب) برای کاربردهای فرازمینی و ماموریت های طولانی مدت به منظور کنترل و دستیابی به داده های بالیستوکاردیوگرافی(BCG) یک عضو گروه ایستگاه فضایی بین المللی در سطوح زیر:

• سیگنال-مشاهداتی از تغییرات سیگنال های BCG در طول ماموریت فضایی طولانی مدت.
• قلب-نگاشت سیگنال های BCG و شرایط قلبی اعضای گروه ایستگاه فضایی بین المللی.
• کاربرد-انجام یک مطالعه امکان سنجی از BCG به عنوان ابزار نظارت بر سلامتی در ماموریت های طولانی مدت.

• امکان پذیری اسمارت تکس؛ تی شرت هوشمندی که دارای سنسورهایی برای نمایش یک شبکه یکپارچه با منسوج بر روی بدن انسان در شرایط میکروگراویتی می باشد.
• نمایش قابلیت های IR-UWB برای دستیابی به دقتی کمتر از cm 10.
• بررسی پارامترهای منابع نوری برای بهبود قابلیت های برداشت انرژی.

فازهای آزمایشی و نتایج

فناوری WICO2 بر پایه فناوری به کاررفته در تحقیقات مربوط به پروژه Wireless Compose در سال 2018 می باشد. پروژه Wireless Compose-2 نشان دهنده قابلیت های شبکه های بی سیم برای انجام آزمایشات علمی، پزشکی و محلی سازی در ایستگاه فضایی بین المللی است.

تمرکز این پروژه بر روی بالیستوکاردیوگرافی برای کاربردهای فرازمینی و ماموریت های طولانی مدت(BEAT) است که نمایش دهنده سنسورهای جدید بالیستوکاردیوگرافی برای نظارت بر پارامترهای مهم قلبی عروقی در شرایط میکروگراویتی می باشد. با این سیستم امکان دستیابی به پارامترهای قلبی مرتبط نظیر فشار خون فراهم می شود، همچنین جزییاتی از نرخ انقباض و زمان بازشدن/بسته شدن دریچه را نیز ارایه می دهد؛ اطلاعاتی که معمولا تنها با روش سونوگرافی یا سی تی اسکن قابل دستیابی است. بنابراین BEAT بینش عمیقی از عملکرد سیستم قلبی عروقی در فضا و تغییرات آن در طول یک ماموریت فضایی طولانی مدت را در اختیار ما می گذارد.

تست کردن تی شرت اسمارت تکس بخشی از پروژه WICO2 است که در آن از داده های جمع آوری شده از فضانورد آژانس فضایی اروپا-دکتر ماتیاس مارر-که در 11 نوامبر 2021 زمانی که ایستگاه فضایی بین المللی را برای انجام ماموریت ‘Cosmic Kiss’ ترک کرد و این تی شرت را نیز همراه خود برد، استفاده می شود.

هدف از طراحی این تی شرت ایجاد یک تصویر دایمی از عملکردهای حیاتی فضانوردان می باشد که منحصرا مربوط به ماموریت های فضایی با سرنشین به مقصد ماه و مریخ است. پیش بینی می شود در آینده از فناوری این تی شرت در بخش های فیتنس و پزشکی از راه دور نیز بهره برداری شود.

متخصص ارشد علوم در موسسه هوینشتاین، دکتر جان برینگر می گوید: "در پروژه های پیشین اسپیس تکس(2014) و اسپیس تکس 2(2018( داده های ارزشمندی از تعامل بدن، لباس و آب و هوا در شرایط میکروگراویتی به دست آورده ایم. تجربیات دکتر الکساندر گرست، فضانورد آژانس فضایی اروپا در رابطه با راحتی و ماده اولیه در طراحی تی شرت اسمارت تکس جدید توسط موسسه هوینشتاین مورد استفاده قرار گرفته است. دکتر مارر می تواند به راحتی تی شرت سفارشی خود را هر روز هفته در ایستگاه فضایی بین المللی بر تن کند. از اندازه های بدن او برای ساخت الگو و تولید تی شرت استفاده شده است. علاوه بر آن تعبیه سنسورها، پردازنده های داده و مدول های ارتباطی در تی شرت به نحوی بوده است که صرف نظر از شرایط پوشش کمترین میزان تداخل را داشته باشند و همواره در جای صحیح خود قرار بگیرند. این موضوع پیش نیاز اندازه گیره قابل اطمینان از داده های فیزیولوژیکی است."

این سنسورها درون اسمارت تکس که یک تی شرت هوشمند با سنسورها، سیم کشی و مدول ارتباطی تعبیه شده درون آن است، قرار می گیرند تا داده های علمی را از طریق ارتباط بی سیم به ایستگاه مبدا منتقل کنند. از ویژگی های تی شرت هوشمند جدید می توان به راحتی آن در استفاده روزانه، اندازه سفارشی، " سر جای خود باقی ماندن" در شرایط میکروگراویتی، راحتی استفاده و عدم ایجاد مزاحمت برای اندازه گیری عملکردهای حیاتی بدن و عدم تداخل با فعالیت های روزانه فضانورد اشاره کرد. کاربردهای آینده این تی شرت می تواند هم در ایستگاه فضایی بین المللی و هم بر روی زمین باشد.

سیستم WICO2 قابلیت برداشت انرژی را درون آزمایشگاه فضایی کلمبوس بررسی می کند. این هم بخشی از تحقیقات Wireless Compose بوده که به دلیل شدت نور بسیار پایین و بعضی مسایل مربوط به طراحی مدول شکست خورده بود. پروژه Wireless Compose-2 دارای سنسورهای بیشتری برای آنالیز نوری و مدارهای تست بهتر برای جمع آوری اطلاعات دقیق تر در مورد منابع نوری می باشد.

علاوه بر آن سیستم WICO2 دارای فناوری محلی سازی ارتقا یافته ای بر پایه IR-UWB است و در نتیجه دقت آن کمتر از cm 1 بوده و می توان از آن برای کنترل دقیق و هدایت اشیا پرنده و سیستم های پشتیبان مانند ربات CIMON استفاده کرد.

سیستم WICO2 یک سیستم قابل ارتقا و سازگار است و در نتیجه فراهم کننده زیرساخت های تجربیات علمی و پزشکی در آینده می باشد.

کاربردهای فضایی

ایستگاه فضایی بین المللی یک بستر آزمایشی برای نشان دادن قابلیت های شبکه سنسور بی سیم(WSN) برای فعالیت های آتی ایستگاه می باشد. بررسی و ارزیابی تحقیقات به تجزیه و تحلیل کاربردهای بالقوه این فناوری در علم رباتیک در آینده و پرواز فضایی انسان و شناسایی موانع و محدودیت های عملیاتی در محیط های قابل مقایسه با ایستگاه فضایی بین المللی کمک می کند.

این تحقیق همچنین امکان توسعه فناوری های هوشمند جدید را برای نظارت بر پارامترهای مهم سلامتی فضانوردان و ایجاد یک مفهوم جدید برای هدایت اشیا پرنده با وضوح کمتر از cm 10 در یک محیط محصور با شرایط میکروگراویتی مشابه مدول های ایستگاه بین المللی فضایی فراهم می کند. داده های گردآوری شده از آزمایش BEAT برای انجام آزمایشات علمی و سیستم های کنترل سلامتی در فضا در آینده بسیار مورد توجه بوده و امکان استفاده از این فناوری در کاربردهای زمینی نیز وجود دارد.

کاربردهای زمینی

نتایج آزمایشات BEAT که در شرایط میکروگراویتی در ایستگاه فضایی بین المللی ثبت شده است، نشان دهنده امکان انجام بالیستوکاردیوگرافی در زمین نیز می باشد. این امر باعث می شود تا برای استفاده از این فناوری در تجهیزات نظارت بر سلامت انسان بر روی کره زمین نیز انعطاف پذیری بیشتری وجود داشته باشد. شبکه سنسور بی سیم به عنوان یک بستر آزمایشی برای اجرای قابل اعتماد پروتکل های شبکه و امکان به کارگیری آن در موارد نظارتی در صنایع عمل می کند. علاوه بر آن از دقت سیستم IR-UWB نیز می توان در سیستم های ردیابی دارایی استفاده کرد.