30 participants, 1 solution : les vibrateurs contre la désorientation spatiale

Perdre le sens de l’orientation peut être fatal pour les pilotes d’avion : la désorientation spatiale est l’une des principales causes d’accidents d’avion mortels. Mais perdre le sens de l’orientation dans l’espace est encore plus dangereux. Les scientifiques ont maintenant mis au point des dispositifs portables appelés vibrateurs qui, associés à une formation spécialisée, améliorent la capacité des personnes à lutter contre la désorientation spatiale et pourraient aider les astronautes à se corriger lorsqu’ils ne peuvent plus se fier à leurs perceptions.

Le ciel n’est plus la limite, mais l’envol est dangereux. En quittant la surface de la Terre, nous perdons un grand nombre des repères dont nous avons besoin pour nous orienter, et cette désorientation spatiale peut être mortelle. Les astronautes doivent normalement suivre un entraînement intensif pour s’en prémunir. Mais les scientifiques viennent de découvrir que les dispositifs portables qui vibrent pour donner des repères d’orientation peuvent renforcer considérablement l’efficacité de cette formation et rendre les vols spatiaux légèrement plus sûrs.

« Les vols spatiaux de longue durée provoqueront de nombreux facteurs de stress physiologiques et psychologiques qui rendront les astronautes très sensibles à la désorientation spatiale », explique le Dr Vivekanand P. Vimal de l’université Brandeis aux États-Unis, auteur principal de l’article paru dans Frontiers in Physiology. « En cas de désorientation, l’astronaute ne pourra plus se fier à ses propres capteurs internes, sur lesquels il a compté toute sa vie.« 

Principaux enseignements

Espace personnel

Les chercheurs ont eu recours à la privation sensorielle et à un dispositif de rotation multiaxiale pour tester leurs vibrateurs dans le cadre d’un vol spatial simulé, de sorte que les sens sur lesquels les participants s’appuient normalement sont devenus inutiles. Les vibrateurs pouvaient-ils corriger les signaux trompeurs que les participants recevaient de leur système vestibulaire et pouvaient-ils être entraînés à leur faire confiance ?

30 participants ont été recrutés, dont 10 ont été formés à l’équilibre dans le dispositif de rotation, 10 ont reçu les vibrateurs et les 10 restants ont reçu les deux. Tous les participants ont visionné une vidéo du dispositif de rotation et ont été informés de son fonctionnement : il se déplace comme un pendule inversé jusqu’à ce qu’il atteigne une limite de collision, à moins qu’il ne soit stabilisé par une personne assise dans le dispositif et le contrôlant à l’aide d’un joystick.

La formation complémentaire, pour les participants qui l’ont reçue, comprenait des tâches qui apprenaient aux participants à se désengager de leur sens vestibulaire et à se fier aux vibrateurs au lieu de leurs repères gravitationnels naturels. Ces tâches impliquaient la recherche de points d’équilibre cachés non droits, ce qui signifiait que les participants devaient ignorer leur désir de s’aligner à la verticale et se concentrer sur les vibrateurs.

Tous les participants ont reçu un bandeau, des bouchons d’oreille et un bruit blanc à écouter. Les participants équipés de vibrateurs en avaient quatre attachés à chaque bras, qui émettaient un signal sonore lorsqu’ils s’éloignaient du point d’équilibre. Chaque participant a pris part à 40 essais, visant à maintenir le dispositif de rotation aussi près que possible du point d’équilibre.

Pour la moitié des essais, le dispositif de rotation fonctionnait sur un plan de roulement vertical. Ce plan a été considéré comme un analogue terrestre, car les participants pouvaient utiliser leurs repères gravitationnels naturels pour s’orienter. Pendant la seconde moitié, qui servait d’analogie avec les vols spatiaux, le dispositif de rotation fonctionnait sur un plan de roulis horizontal où ces repères gravitationnels n’étaient plus utiles.

Après chaque bloc d’essais, les participants ont été invités à évaluer à quel point ils se sentaient désorientés et à quel point ils faisaient confiance aux vibrateurs. Les scientifiques ont mesuré leur succès en examinant la fréquence des chutes et la façon dont ils contrôlaient leur équilibre.

À l’infini et au-delà

Tous les groupes ont d’abord été désorientés lors de l’expérience de vol spatial. Les scientifiques s’y attendaient, car les participants ne pouvaient pas se fier aux repères gravitationnels naturels qu’ils utilisent habituellement. Presque tous les participants ont déclaré avoir confiance dans les vibrateurs, mais ils ont également signalé une certaine confusion due à des conflits entre leurs repères internes et les vibrateurs.

Les participants portant des vibrateurs ont tout de même obtenu de meilleurs résultats que ceux qui n’ont reçu qu’une formation. Le groupe n’ayant suivi que la formation a chuté plus fréquemment, s’est déplacé plus souvent autour du point d’équilibre et s’est déstabilisé accidentellement plus souvent. Le fait d’avoir reçu la formation a cependant été bénéfique. Au fil des essais, le groupe qui a reçu à la fois une formation et des vibrateurs a obtenu les meilleurs résultats.

Cependant, même avec la formation, les participants n’ont pas obtenu d’aussi bons résultats qu’avec l’analogue terrestre. Il est possible qu’ils aient eu besoin de plus de temps pour intégrer les signaux des vibrateurs, ou que le bourdonnement des vibrateurs n’ait pas donné un signal de danger suffisamment fort.

« La confiance cognitive d’un pilote dans ce dispositif externe ne sera probablement pas suffisante« , a déclaré Vimal. « La confiance doit se situer à un niveau plus profond, presque sous-cognitif. Pour y parvenir, une formation spécialisée sera nécessaire.« 

Selon les scientifiques, si les capteurs sont testés avec succès à plus grande échelle, les applications possibles pour les vols spatiaux sont nombreuses : aider les astronautes à atterrir en toute sécurité à la surface d’une planète, les soutenir lorsqu’ils se déplacent à l’extérieur d’un véhicule dans l’espace, les aider à se déplacer à l’intérieur de l’espace, etc.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que la désorientation spatiale et pourquoi est-elle dangereuse?

La désorientation spatiale est une condition où une personne perd son sens de l’orientation dans l’espace. C’est une cause majeure d’accidents mortels en aviation et peut être encore plus dangereuse dans l’espace. En perdant les repères habituels nécessaires à l’orientation, cette désorientation peut être mortelle.

2. Comment les scientifiques ont-ils tenté de résoudre ce problème?

Les scientifiques ont développé des dispositifs portables appelés vibrateurs qui, combinés à une formation spécialisée, peuvent améliorer la capacité des individus à combattre la désorientation spatiale. Ces dispositifs vibrent pour donner des repères d’orientation.

3. Comment ces dispositifs ont-ils été testés?

Les chercheurs ont utilisé la privation sensorielle et un dispositif de rotation multiaxiale pour tester les vibrateurs dans un vol spatial simulé. Les participants ont été formés à se désengager de leur sens vestibulaire et à se fier aux vibrateurs plutôt qu’à leurs repères gravitationnels naturels.

4. Quels ont été les résultats de ces tests?

Les participants équipés de vibrateurs ont obtenu de meilleurs résultats que ceux qui n’ont reçu qu’une formation. Cependant, le groupe qui a reçu à la fois une formation et des vibrateurs a obtenu les meilleurs résultats.

5. Quelles sont les applications potentielles de ces dispositifs?

Si ces capteurs sont testés avec succès à plus grande échelle, ils pourraient avoir de nombreuses applications pour les vols spatiaux, comme aider les astronautes à atterrir en toute sécurité sur une planète, les soutenir lorsqu’ils se déplacent à l’extérieur d’un véhicule dans l’espace, et les aider à se déplacer à l’intérieur de l’espace.

Article : « Vibrotactile feedback as a countermeasure for spatial disorientation » – https://doi.org/10.3389/fphys.2023.1249962

Article traduit de l’auteur : Angharad Brewer Gillham, rédactrice scientifique à Frontières. Source : https://blog.frontiersin.org/2023/11/03/wearable-devices-may-prevent-astronauts-getting-lost-in-space/