Ay Yerleşiminde Dairesel Duvarın İçinde Yatay Koşu
(royalsocietypublishing.org)- Ay’da uzun süreli yaşamda kas atrofisi, kemik yoğunluğunda azalma, kardiyopulmoner ve sinirsel kontrolün zayıflaması sorun oluşturur; statik silindirik bir duvarın iç yüzeyinde yatay koşarak kişinin kendi yapay yerçekimini üretmesini sağlayan egzersiz yöntemi bir alternatif olarak değerlendiriliyor
- Deneyde, yaklaşık 10 m çapında bir Wall of Death yapısı ve 36 m’lik bir vinçten sarkıtılan bungee bantlarıyla vücut ağırlığının %83’ü azaltılarak Ay yerçekimi simüle edildi; 2 katılımcı dairesel duvarda koşu gerçekleştirdi
- Katılımcılar 5–8 denemeden sonra yardım almadan başlayabildi; analiz edilen 14 koşuda en az 1 tam tur attılar ve duvar üzerindeki hız 5,38–6,45 m/s, ortalama 5,93±0,45 m/s oldu
- Bu hız, düşme riskine karşı 1,48–1,78 güvenlik katsayısına karşılık geldi; ayak teması sırasında tahmini en yüksek yer tepki kuvveti, Dünya’daki vücut ağırlığı bazında 1,67–2,42 kat olarak hesaplandı ve bunun kemikte kalsiyum geri emilimini önlemeye yetecek düzeyde olduğu değerlendirildi
- Günde 8–9 tur, toplam 40–45 saniye düzeyinde kısa koşularla iskelet, kas, kardiyopulmoner ve sinir sistemlerini birlikte uyarma olasılığı var; ancak örneklem küçük ve özel yatak istirahati çalışmalarına ihtiyaç var
Ay’da düşük yerçekimi egzersiz sorunu ve dairesel duvar koşusu
- Ay’a yerleşim ve uzun süreli kalışta düşük yerçekimine maruz kalmak kardiyopulmoner kondisyon, kas-iskelet sistemi, duruş ve hareketin sinirsel kontrolü üzerinde olumsuz etki yaratabilir
- Ay yerçekiminde yürürken vücudun kütle merkezinin kinetik enerjisi ile potansiyel enerjisi arasındaki denge bozulur; bu da hız aralığını düşük seviyede sınırlar ve antrenman etkisini azaltır
- Koşu, skipping ve hopping gibi sekmeli yürüyüş biçimleri yürümekten daha hızlıdır; ancak düşük yerçekiminde kas-tendon kompleksinde mekanik uyumsuzluk ve dikey kalkış hızında azalma ortaya çıkabilir
- Mevcut alternatiflerin her birinin sınırlamaları vardır
- Düşük yoğunluklu sürekli egzersiz veya yüksek yoğunluklu interval egzersiz kardiyopulmoner kondisyonu korumak için kullanılabilir, ancak kas ve kemik kütlesi üzerindeki etkileri küçüktür
- Kızak tipi plyometrik egzersiz, kardiyopulmoner ve kas-iskelet işlevlerini koruma açısından potansiyel göstermiştir; ancak Dünya’daki yürüyüş biçiminden farklıdır ve denge ile hareket kontrolü uyarımı yetersiz kalabilir
- Santrifüj tabanlı yerçekimi simülasyonu kas işlevi üzerinde olumlu etki gösterse de Ay’da yürümeye olanak veren bir santrifüjün teknik zorlukları ve güç gereksinimi büyüktür
- Önerilen yöntem, Ay’da yaşayan kişinin dikey dairesel bir duvarın iç yüzeyinde, Ay yüzeyine paralel şekilde koşarak merkezkaç ivmesi ile daha yüksek bir yapay yerçekimi elde etmesine dayanır
Wall of Death tabanlı deney tasarımı
- Deneyde lunapark tipi bir Wall of Death kullanıldı
- Yarıçap 4,73 m, çevre 29,7 m
- Ahşap duvar yapısı
- Zeminde 0,8 m genişliğinde, 30° eğimli bir hızlanma rampası bulunur
- Dünya’da insanın iki ayak kaslarına dayalı koşusuyla bu yapıda stabil biçimde ilerlemek zordur; ancak Ay yerçekiminde gereken minimum hız düştüğü için teorik olarak mümkün hale gelir
- Ay yerçekimini simüle etmek için çatı kaldırıldı ve 36 m yüksekliğinde bir vince seri bağlanmış iki bungee jumping lastik bandı takıldı
- Katılımcı ağırlığı, Dünya ağırlığının 1/6’sı olacak şekilde %83 azaltıldı; bu, yan yatış pozisyonunda dijital tartıyla doğrulandı
- Katılımcı sayısı 2 idi
- 36 yaşında erkek, 1,78 m, 60 kg
- 33 yaşında kadın, 1,70 m, 62 kg
- Emniyet kemeri ve bağlantı ipi nedeniyle yatay pozisyonda üstte kalan kolun hareketi kısıtlandı; bu kol sallanmadı ve askı ipini tuttu
Gerekli hız ve fiziksel koşullar
- Wall of Death’te duvar boyunca dairesel hareket sırasında oluşan merkezkaç kuvveti ve duvar sürtünmesi aşağı kaymayı engeller
- Dünya’da yarıçap 4,7 m ve statik sürtünme katsayısı 0,8 koşulları kullanıldığında, noktasal kütle varsayımıyla minimum hız 7,59 m/s, yani 27,3 km/sa olur
- Gerçek koşucular ve motosikletler noktasal kütle değildir; kütle merkezinin konumu hesaba katıldığında Dünya’da bir koşucu için gereken hız yaklaşık 30,4 km/sa olarak hesaplanır ve bunun insan koşusuyla zor olduğu düşünülür
- Ay’da yerçekimi Dünya’nın 1/6’sı olduğundan, aynı yapıda teorik minimum hız 12,5 km/sa, yani 3,5 m/s’nin üzerine düşer
- Dünya deneyindeki Ay yerçekimi simülasyon düzeneğinde bungee bantları bedeni yukarı çekerken aynı zamanda merkeze doğru küçük bir kuvvet oluşturduğu için, gerçek deneyde gereken hız 13,1 km/sa, yani 3,63 m/s olarak düzeltilmiştir
- Yatay koşu sırasında bedenin hafifçe yukarı doğru eğilmesi gerekir; bu duruş, tüm bedenin kütle dağılımından doğan tork ile merkezkaç kuvvetinden kaynaklanan karşı torku dengelemek içindir
Gerçek koşu sonuçları
- Katılımcılar, bir günlük deney oturumunun başında yalnızca 5–8 deneme ile alışılmadık yatay koşuya hızla uyum sağladı
- Ardından iki katılımcı, her biri 7 kez olmak üzere toplam 14 analiz edilebilir koşu gerçekleştirdi
- Her koşu, ilk hızlanmadan yavaşlama öncesine kadar en az bir tur, yani 29,7 m veya daha fazlasını içeriyordu
- Hızlanmak için rampayı kullandılar; koşuyu bitirirken hızlarını düşürerek duvardaki yatay pozisyondan zemindeki dik pozisyona güvenli biçimde indiler
- Yaralanma olmadı
- Duvar koşusu hızı ortalama 5,93±0,45 m/s oldu; aralık 5,38–6,45 m/s idi
- Bu hız, düşme riskinden kaçınmak için gereken minimum koşula göre 1,48–1,78 güvenlik katsayısına karşılık geldi; Dünya’daki Wall of Death motosiklet sürüşlerinin güvenlik katsayısı aralığına benzerdi
- Ortalama adım uzunluğu ve yürüyüş göstergeleri şöyleydi
- Adım uzunluğu: 3,78±0,29 m
- Adım frekansı: 1,58±0,17 Hz
- Temas süresi: 0,176±0,017 saniye
- Duty factor: 0,27±0,01
- Toplam 194 adım birleştirildiğinde hız aralığı 4,60–7,50 m/s’ye kadar genişledi
- Tipik Dünya koşusunda olduğu gibi daha yüksek hızlar ağırlıkla daha yüksek adım frekansıyla elde edildi; adım uzunluğu görece sabit kaldı, temas süresi ve duty factor hız arttıkça azaldı
Koşu mekaniği ve yer tepki kuvveti
- Gözlenen hızlarda öngörülen eğim açısı ortalama 12,4°±1,9°, aralık 10,4°–14,9° idi
- Duvar üzerindeki yatay koşunun ortalama dikey yer tepki kuvveti, Dünya vücut ağırlığı bazında 1,13±0,16 kat; tahmini en yüksek değer 2,04±0,29 kat oldu
- Ortalama aralık: 0,93–1,34 kat
- En yüksek aralık: 1,67–2,42 kat
- Ayrı bir LOOP laboratuvar oturumunda aynı katılımcılar, koşu bandı ve vücut ağırlığı askı sistemiyle 1g, 0,8g, 0,5g ve 0,17g koşullarında koştular
- En yüksek hız 0,17g’de 5,28 m/s, 0,5g’de 5,75 m/s, 0,8g’de 6,25 m/s, 1g’de 6,94 m/s oldu
- En yüksek hızdaki ortalama ve en yüksek dikey yer tepki kuvvetleri 0,17g’de 0,85 ve 1,54 kat, 0,5g’de 1,44 ve 2,60 kat, 0,8g’de 1,94 ve 3,51 kat, 1g’de 2,09 ve 3,79 kat oldu
- Ay yerçekimini dikey olarak simüle eden koşu bandı koşusu, Wall of Death yatay koşusundan kinematik açıdan belirgin şekilde farklıydı
- Ay yerçekiminde dikey koşuda adım uzunluğu çok daha fazla, duty factor ise belirgin şekilde daha düşüktü
- 0,5g ve 0,8g koşulları, 1g koşusuna ve Wall of Death adım verilerine daha yakındı
- Strouhal boyutsuz göstergesi, Wall of Death yatay koşusunun tipik Dünya koşusuyla dinamik olarak benzer olduğunu gösterdi
- Ay’daki Wall of Death yatay koşusunun Strouhal değeri yaklaşık 0,80–1,10
- LOOP’ta aynı aralık yalnızca 0,50g ve üzerinde ortaya çıkıyor
- 0,17g yüksek hızlı dikey koşu yaklaşık 0,55–0,65 ile olağandışı mekanik sergiliyor
Kas, kemik ve sinir sistemi uyarımı
- Wall of Death koşusu, kaymayı önleyen minimum hızın çok üzerinde, 5–7 m/s aralığında gerçekleştirildi ve 2,5–4 Hz’lik yüksek adım sıklığı eşlik etti
- Bu hızlı koşuda, Ay yüzeyinde dik koşmaya kıyasla kas-tendon biriminin yapması gereken toplam mekanik iş daha büyük olabilir
- Kemik uyarımı, önceki yatak istirahati çalışmalarındaki sıçrama antrenmanı sonuçlarıyla karşılaştırılarak hesaplandı
- 60 günlük yatak istirahati çalışmasında ortalama günde 0,8 kez yapılan 48 sıçrama antrenmanı seansı, kemik yoğunluğu ve kalsiyum içeriği kaybı dahil çeşitli bozulmaları önledi
- Bu seanslar ortalama 78 sıçrama, ortalama en yüksek yer tepki kuvveti 3,6 kN, toplam vücut ağırlığının 4,8 katı veya tek bacak başına 2,4 katına karşılık geliyordu
- Wall of Death’te 6 m/s hızla koşarken adım başına en yüksek yer tepki kuvveti 2,2 kat varsayılırsa, aynı kümülatif yer tepki kuvvetini elde etmek için gereken adım sayısı 170 olarak hesaplandı
- Çevresi 30 m ve adım frekansı 3,2 Hz olan koşulda bir tur 5 saniye ve 16 adımdan oluşur
- Her 1,25 günde 10–11 tur
- Veya her gün 8–9 tur
- Toplam egzersiz süresi 40–45 saniye
- Bu yöntem; yüksek darbeli dinamik yüklenme, günde 40–60 temas fazı düzeyindeki koşullar ve uzun seanslardan kaçınma ile birlikte değerlendirildi
- Sinir sistemi açısından yürüyüş örüntüsü Dünya’daki tipik koşuya benzer ve birden çok eklem işin içine girer; hem itiş hem de duruşun korunması gerekir
- Kızak tipi plyometrik egzersiz veya bisiklet ergometresi, gövde kısıtlamaları ya da dinamik denge görevinin eksikliği nedeniyle Wall of Death tipi yürüyüşten farklı uyarımlar sağlar
Kardiyopulmoner metabolik yoğunluk ve Ay yerleşimine uygulanması
- Oksijen tüketimi doğrudan ölçülmedi; ancak Dünya koşusunun metabolik maliyeti ve düşük yerçekimi koşusuna ilişkin regresyon denklemleri temel alınarak Wall of Death koşusunun minimum metabolik gereksinimi tahmin edildi
- 5,5–6,5 m/s aralığı ve buna karşılık gelen 0,5g–0,73g yapay yerçekimi uygulandığında oksijen tüketimi 54–74 mlO₂/kg/dk olarak tahmin edildi
- Artemis Programı mürettebatının Dünya’da yaklaşık 40 mlO₂/kg/dk düzeyinde maksimum oksijen tüketimine ulaşacak şekilde antrene edilmesi bekleniyor
- Bu nedenle Wall of Death koşusunun tahmini yoğunluğu, yüksek yoğunluklu interval egzersizde kardiyopulmoner adaptasyonu tetikleyen düzeyle uyumlu olabilir
- Ancak bu değerler doğrudan ölçüm değildir; gerçek Wall of Death üzerinde ek deneylerle değerlendirilmelidir
- Ay’da Dünya deneyindeki simülasyon yanlılıkları ortadan kalkabilir
- Bungee bantlarının oluşturduğu merkeze doğru bileşen nedeniyle daha yüksek teğetsel hız gerekmesi
- Kol ve bacakların salınım sırasında artık Dünya yerçekimini deneyimlemesi
- Emniyet kemeri, ip ve askı ekipmanından oluşan yaklaşık 9 kg ek kütlenin hızlandırılması gerekmesi
- Yatay harekete alışmayı sağlayacak özel ön eğitim, Ay’daki daha küçük Wall of Death’lerde daha yavaş hızlarla hareket etmeye katkı sağlayabilir
- Ay’a özel egzersiz ekipmanı taşımak veya inşa etmekle ilgili kısıtlar düşünüldüğünde, bu yöntem yaşam amaçlı dairesel yapıların duvarlarını kullanarak ve ek güç kaynağı gerektirmeyen pasif bir tesis olarak uygulanabilir
- Sonuçlar sınırlıdır
- Örneklem sayısı 2 kişiyle küçüktür
- Alışılmadık bir saha deneyi olduğu için kinematik ölçümler çok hassas değildir
- Gelecekte özel yatak istirahati çalışmalarına ihtiyaç vardır
- Ay’da dikey koşu düşük yerçekimi nedeniyle kısıtlandığında, dairesel duvarda yatay koşu Dünya’da imkânsız olan bir yürüyüş biçiminin Ay’da stabil biçimde yapılmasını sağlayabilir; kısa günlük koşularla kardiyopulmoner ve motor yetenekleri, ayrıca kemik mineral durumunu korumaya yetecek yapay yerçekimi oluşturabilir
1 yorum
Hacker News yorumları
Ek veri videosuna ulaşmak için birkaç kez tıklamak gerekiyor: https://rs.figshare.com/articles/media/a_participant_running...
Muhtemelen yönü sık sık değiştirmek iyi olur
Bunun yerçekimi yönünden mi kaynaklandığını, vücut açısı tam yatay gibi görünmediği için ayağın zemine temas açısının mı tuhaflaştığını, yoksa kişinin fizyolojik özelliklerinden mi geldiğini merak ediyorum
Dönen bir yüzeye dair bir şey görmedim
Açısı ayarlanabilir bir duvarı ve değişken dönüş hızına sahip konik bir silindiri olan bir yerçekimi spor salonu, çok daha büyük bir “yerçekimini” daha yumuşak biçimde üretebilir
Dönme yerçekimi; vücut ağırlığıyla yapılan egzersizleri, core çalışmalarını, kondisyon bisikleti gibi sabit veya küçük alanlı kardiyoyu, VR oyunlarını, yogayı, hatta uykuyu bile mümkün kılar
Düzenleme: “Ama içinde yürünebilen Ay tabanlı santrifüjler teknik zorluklar doğurur” kısmını kaçırmışım
Yine de sonunda bunun kaçınılmaz olacağını düşünüyorum. Fiziksel ve psikolojik açıdan çok daha faydalı. “Dönen yüzey”, “düşük yerçekiminde sağlık bozulması” ya da “çember içinde koşmaktan sıkıntıdan ölmek” ile kıyaslanınca basit bir mesele
Bu ekipman belki Dünya dışındaki doğum sorununu da çözebilir. Biraz uzay tavşanını “spin-up” edip sonuca bakalım! Umarım tribble olmaz
Düşük yerçekimli kolonilerde dönen bölgeler kesinlikle yaygınlaşır gibi görünüyor. Startup kurmak isteyen var mı?
Uzun süre kalındığında kaslar ve kemikler güçleneceği için fitness meraklılarıyla profesyonel sporcuların ilgisini çekebilir
Mars ya da Ay'da böyle şeyler inşa edip işletmeden önce iyi bir prova da olur. Eğer bunu Dünya'da çalıştırabiliyorsanız, düşük yerçekiminde ivme daha küçük olacağı için daha da kolay olur
Hafif eğimli dairesel bir ray üzerindeki tren ya da roller coaster ile de yapılabilir gibi. Küçük bir eğim, yerçekimi vektörünü zemine dik yöne kaydırır
Yaygınlaşmamasının muhtemelen bir sebebi vardır
Tabii airlock açmanız gerektiğinde dönüşü durdurmanız da mümkün
Ya da bunu yörüngeye koyarsanız bu tür sorunlar daha kolay olur, ayrıca gece-gündüz radyasyon kalkanı ve ısıtma meseleleriyle de daha az uğraşırsınız
“İçinde yürünebilen Ay tabanlı santrifüjler teknik zorluklar doğuracak ve ciddi miktarda güç gerektirecek” dezavantajı epey komik
Sonuçta teknik zorluklar Ay'da olduğunuzun alameti değil mi
Kararlı bir dönme sistemi, Ay'da yapılabilecek işler arasında muhtemelen en basitlerden biri olurdu. Mevcut çevresel kabuğun içine kurulursa oldukça low-tech bile olabilir
Düşük yerçekiminde dönüşü sürdürmenin güç tüketimi çok düşük olmalı. Kayıplar muhtemelen yalnızca dönme noktasındaki sürtünmeden ve insan hareketlerine göre dengeyi korumak için gereken konum kontrollü karşı ağırlıklardan gelir; ikisi de küçük olur
Yine de önerilen düşük teknolojili çözüm, yapılan yatırım karşılığında yüksek fayda sağlıyor ve erken aşamadaki ya da insanların seyrek kaldığı ileri karakollar için gerçekçi
Sonunda tuhaf derecede ilgili deneyime sahip biri oldum. 2012'de yaklaşık 6 metre çapında büyük, dönen dairesel bir platform, yani dünyanın en büyük hamster çarkını yapmıştım[1]
Kısa süre koşmak eğlenceli ve farklıydı ama çoğu kişi birkaç dakika jog yaptıktan sonra başı dönmüş haldeydi. Kavisli platform düşme riski de yaratıyordu
Aslında daha çok bir tür salıncak gibi kullanıldı, ama bunun Ay'da da mümkün olup olmayacağını bilmiyorum
Ay'daki deneyimin çok daha iyi olacağından şüpheliyim. Özellikle önerilen çap bunun da altında
Ay'da water rowing machine benzeri bir şeyin işe yaramamasının bir nedeni var mı? Ağırlık yeleği ya da ağırlaştırılmış bir koltuk da eklenebilir
Kürek neredeyse tüm vücudu çalıştırıyor ve yerçekimine bağımlılığı da o kadar yüksek görünmüyor
Teorik olarak squat ve deadlift gibi temel bileşik hareketler vücuttaki neredeyse tüm kasları çalıştırdığı için çok yardımcı olabilir. Büyük kaldırışları haftada yalnızca 2-3 kez yapmak bile kayda değer sürekli kas gelişimi sağlayabilir
Elbette uzayda ağırlık olmadığı için kelimenin tam anlamıyla halter kaldıramazsınız. Ama bantlar, pnömatik sistemler vb. ile direnç üretilebilir
Kürek, hem direnç egzersizi hem de kardiyoyu bir arada sunduğu için çok iyi
Ay'da yerçekimi var, sadece zayıf. Kocaman kayaları squat ve deadlift yapmak neden kimsenin aklına gelmiyor? Büyük bir sepeti Ay kayasıyla doldurursanız sonuçta ağırlaşır
“Ergometrede yapılan düşük yoğunluklu sürekli egzersiz veya yüksek yoğunluklu interval antrenman, kardiyorespiratuvar formun korunmasına yardımcı olabilir, ancak kas kütlesi ve kemik kütlesi üzerinde etkisi küçüktür”
Arthur C. Clarke'in Imperial Earth eserinde, düşük yerçekimli bir uzay aracının içinde dairesel bir bisiklet pisti geçiyor
Başkahraman, Dünya yerçekimine hazırlanmak için bu pistte 1G hissedene kadar çok hızlı sürüyordu
50 yıldan uzun süre önceki 2001 Space Odyssey'deki dairesel duvar koşusu aklıma geldi: https://youtu.be/1wJQ5UrAsIY
Her iki yönün sırasıyla “yokuş yukarı” ve “yokuş aşağı” gibi hissedilip hissedilmeyeceğini merak ediyorum. Antrenman amacıyla ise muhtemelen yokuş yukarı olan daha iyi olur
Sadece filme bakarak dönen bölümün hangi yönde döndüğünü hesaplamaya yetecek kadar bilgi olup olmadığından emin değilim
Daireler çizerek dönüp durmak, can sıkıntısını yenmenin harika bir yolu gibi geliyor
Adı da tam oturan Wheel-of-Death düzeneğinin yanında boya kurumasını izlemek için özel bir oda da varmış ve tanıtım materyaline göre bu kuş gözlemine benziyormuş
Tüm vücutla yürümenin neden kas erimesi ve kemik mineral kaybını önlemenin en iyi yolu olduğunu anlayamıyorum. Dünya'da bile bu en iyi yöntem değil
Daha iyi bir yaklaşım, bantlarla ya da ay taşıyla ağırlık çalışmak olabilir
Deadlift ve squat gibi hareketlerde yeni Ay rekorları kırılabilir
Daha doğrusu, Dünya'da denenen bantlar ya da weightlifting gibi her yöntem, güçlü bir yerçekimi alanında kayda değer miktarda tüm vücutla yürümeyi de içeriyordu
Haftada 3 kez birer saat spor salonunda squat ve deadlift yapmak mükemmel sonuçlar verebilir. Ama bu yaşam tarzı aynı zamanda 24 saat boyunca 1G yerçekimine maruz kalmayı da içeriyor
Ay'da kaykay yapmak müthiş olurdu
https://what-if.xkcd.com/124/