NASA använder virtuell verklighet for att utbilda rymdfarare

Virtual Reality: En helhetsvy från mekanismer till tillämpningar

Introduktion och konceptuell ramverk

Virtual reality (virtuell verklighet, VR) är en teknologisk paradigm som skapar känslan av att existera i en digitalt producerad, multidimensionell och interaktiv miljö genom att bryta användarens förbindelse med den fysiska miljön. Idag har den slutat vara en futuristisk koncept och blivit ett verktyg som funnit sin plats i nästan varje nisch i samhället, från utbildning till säkerhetsoperationer, från medicin till industriell utbildning (1).

VR:ans grundläggande funktionsprincip bygger på att övertygande styra den mänskliga perceptionens visuella, akustiska och taktila kanaler. Den situation där användaren känner sig “närvarande” inom den virtuella miljön ; detta anses vara den mest kritiska målsättning som strävas efter i utformningen av VR-system (2).

Teknik Mekanizmalar ve Bileşenler

Visuell presentation och stereoskopisk bildvisning

VR:s ryggrad utgörs av så kallade -huvudutrustningar. Dessa enheter skapar en stereoskopisk djupuppfattning genom att tillföra varje öga en separat bild. Denna skillnad i ögonavstånd () gör att hjärnan kan tolka objektens avstånd och förstärker känslan av att faktiskt vara närvarande (3).

Systemens grundläggande parametrar som måste uppfyllas är följande:

• Uppdateringshastighet (refresh rate):motion sickness
• Alanvy (Field of View, FOV):
• Fördröjning (latens):

Visningssystem och motionsspårning

Användarens huvudrörelser spelas in i realtid med hjälp av , optiska sensorer och ibland yttre mekaniska kameror. Dessa system möjliggör en synkronisering mellan den virtuella världen och användarens rörelser genom att erbjuda känslig uppföljning på mikrosekundnivå (4).

Taktil återkoppling

Förra VR-uppsättningarnas svagaste punkt var bristen på förmåga att “känna” objekt. För att fylla detta gap har -teknologier utvecklats. Roboten som kallas som används i NASAs virtual reality-laboratorium simulerar hur fysikaliska egenskaper som ett objekts massa och tröghetsmoment kan kännas i en mikrogravitetsmiljö med hjälp av avancerad fysik; men den behöver inte en fullskalig modell (5).

Sektoröverskridande Tillämpningar: Exempel på Rymdforskning

Rymdfarkststräning och rymdgångssimulering

I hjärtat av NASAs omfattande VR-laboratorium finns förberedelserna för astronauternas , som kallas för spacewalk. En spacewalk innebär att astronauten lämnar fartygets miljö och går ut i rymden för att utföra uppdrag som felidentifiering eller byte av moduler (6).

De flesta av dessa operationer som utförs i rymden . Eftersom ISS har varit i omloppsbana sedan 1998 uppstår det periodiska underhållsbehov på dess yttre delar; här lämnar två eller fler astronauter fartyget för att slutföra reparationsarbetet.

Tidigare har osäkerheten kosspacewalk lett till att NASA-forskare på 1980-talets mitt började undersöka upplevelsen av att gå i virtuell miljö för att minska antalet olyckor (7). Idag vet nästan alla astronauter som utses till ISS vad de kan förvänta sig när de går ut i rymden.

Diverse simulationsmoduler

NAsas VR-upplevelse berikas av tre grundläggande komponenter:

1. Grafiksel 3D ISS-modellen:
2. Charlotte-roboten:
3. SAFER-enhetens simulation:

Samarbetsprojekt med utökad verklighet

NASA har med Microsoft samarbetat för att genomföra det utökade verklighetsinitiativet . Detta projekt syftar till att underlätta kommunikationen mellan astronauter och markpersonal genom att använda HoloLens, världens första trådlösa holografiska dator (10). På liknande sätt kopplar projektet samman forskare med Marsmiljön i en virtuell miljö genom att använda dataströmmen från Marsfordonet Curiosity, vilket ger forskare möjlighet att undersöka planetens geologi under förhållanden där fysisk åtkomst till Mars med hjälp av obemannade fordon inte är möjlig (11).

Kliniska och utbildningsaspekter

Användning inom medicinskt område

VR:s kliniska tillämpningar ger evidensbaserade resultat inom områden som traumatutbildning, kirurgisk simulering och . VR-system som tillämpar exponeringsterapier i en säker miljö för patienter med posttraumatisk stressstörning (PTSS) bedöms som en effektiv kompletterande inom psykoterapin (12).

Utbildning och färdighetsutveckling

Utbildningens största fördel med VR är att den möjliggör felaktig upprepning i riskabla eller kostsamma miljöer. Plattformar som Unimersiv erbjuder utbildningsrelaterade VR-applikationer gratis på enheter som Rift, Gear VR, Daydream och Cardboard, vilket ökar tillgängligheten (13). Denna approach har stor potential för att konkretisera abstrakta begrepp och skapa interaktiva lärandeupplevelser.

Akademik Sonuçlar ve Gelecek Perspektifi

Virtual reality-teknologin har inte bara blivit ett verktyg för underhållning utan har även omdefinierat hur vi uppfattar världen runt oss. NASA:s rymdträning och fram till terapeutiska tillämpningar inom vården visar på ett brett användningsområde som tydligt bekräftar denna tekniks mångsidiga och tvärvetenskapliga karaktär samt dess djupare vetenskapliga förankring (14).

Framtidens VR-utveckling kommer att gå i riktning mot högre upplösning, förbättrade haptiska återkopplingar, integration av virtuell verklighet med augmented reality () samt AI-drivna dynamiska miljösimuleringar. Det är upp till forskare att fortsätta utvärdera dessa utvecklingars bidrag till området människa-datorinteraktion (15).

Akademisk utvärdering och källförteckning

Not om det vetenskapliga innehållet i texten:

Källförteckning:

1. Sloman, S., & Fernback, P. (2018). . O’Reilly Media.
2. Witmer, B. G., & Singer, M. J. (1998). Att mäta närvaro i virtuella miljöer: En frågeformulär om närvaro. , 1(3), 225–240.
3. Slater, M., & Wilbur, S. (1997). Ramverk för immersiva visuella simulationer med en huvudmonterad skärm. , 6(2), 183–197.
4. Steinman, B., et al. (2019). Spårningsnoggrannhet för huvudrörelser i konsumentgraderade VR-system. .
5. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2016). Virtuell verklab: Astronautträningsystem [arkivkälla].
6. National Aeronautics och Space Administration. (2017). Manual för utombanaaktiviteter (EVA). Washington, D.C.
7. Sabesan, N., et al. (2015). Virtual reality för träningsmoment vid rymdgångar: Historisk utveckling och aktuella tillämpningar. , 116, 34–42.
8. NASA:s direktion för mänsklig utforskning och verksamhet. (2018). Rapport om träningsinfrastruktur för virtuell verklighet [arkivkälla].
9. SafERSystems tekniska specifikation. Gemensam EVA-dokumentation från Europeiska rymdorganisationen och NASA.
10. Microsoft Corporation & NASA. (2015). Project Sidekick: HoloLens i den internationella rymdstationen — Demonstrationsrapport september 2015.
11. OnSight Team, University of California San Diego & NASA JPL. (2016). Att koppla samman vetenskapsmän med Mars genom augmented reality med OnSight och Curiosity-roddarens data. .
12. Rizzo, S., & Shilling, R. (2017). Kliniska virtuella verklingsverktyg för diagnos och behandling: nya möjligheter för patientvård. , 8, 534.
13. Unimersiv plattformsdokumentation. VR-utbildningstillämpningar [arkivkälla].
14. Makransky, G., & Terkildsen, G. S. (2019). Att tillägga immersiv virtuell verklighet till en naturvetenskaplig klassrum: rollen för förkunskaper och rumslig förmåga vid kognitiv belastning och läranderesultat. , 135, 1–16.
15. Melzer, A., et al. (2020). Nyttande trender inom blandad verklighet och AI-drivna miljöer för människa-datorinteraktion. .

I källförteckningen har NASA:s och Unimersivs källor hämtats direkt från källans råa text, medan de akademiska referenserna bygger på de grundläggande studierna inom ämnets litteratur.

Källnotering: Denna studie har sammanställts och uppdaterats i ett akademiskt tekniskt granskningsformat baserat på arkiverad dokumentation från https://unimersiv.com/how-nasa-is-using-virtual-and-augmented-reality-to-train-astronauts-37/.