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为解决太空飞行中空间定向障碍（SD）问题，研究人员开展振动触觉反馈（VF）在地球（1-g）、火星（0.38-g）、月球（0.166-g）和 0-g 模拟环境对平衡影响的研究。发现 VF 可改善表现但未完全消除 SD，为航天器控制提供参考。
在浩瀚的宇宙探索中，人类面临着诸多生理与心理的挑战，空间定向障碍（Spatial Disorientation, SD）便是其中之一。在地球上，SD 是导致致命飞机事故的主要原因之一，而在太空环境中，宇航员的感官系统因未进化出在缺乏重力线索下提供足够前庭定向能力，面临着更大的 SD 风险。当处于重力过渡阶段，如在月球（0.166-g）或火星（0.38-g）表面着陆或离开时，耳石器官会在 0-g 时仅检测自身运动的惯性加速度与在部分重力环境中检测减弱的重力定向线索之间切换，同时，0-g 环境下的长期太空飞行会导致耳石和其他信号的感觉重新加权，这些都显著增加了 SD 的易感性。因此，寻找有效的 SD 对抗措施成为太空探索领域的重要课题。
为了应对这一挑战，美国布兰迪斯大学（Brandeis University）的研究人员开展了关于振动触觉反馈（Vibrotactile Feedback, VF）在不同模拟重力水平下对平衡表现、感知和信任度影响的研究。该研究成果发表在《Experimental Brain Research》上，为太空飞行中的动态车辆控制提供了重要的理论和实验依据。
研究人员主要采用了多轴旋转系统（Multi-Axis Rotation System, MARS）设备，该设备被编程为具有倒立摆动力学特性，通过调整俯仰角度来模拟不同的重力水平，包括地球模拟（1-g，俯仰角 0 度）、火星模拟（0.38-g，俯仰角 68 度）、月球模拟（0.166-g，俯仰角 80 度）和 0-g / 微重力模拟（俯仰角 90 度）。振动触觉反馈通过 4 个振动器（Engineering Acoustics 模型 C-2）提供，根据 MARS 偏离平衡点的角度，依次激活手臂上的振动器。实验分为两组，一组为对照组（无 VF），另一组为实验组（有 VF），此外还进行了延长月球模拟环境暴露的实验。
实验 1：不同模拟重力水平下 VF 的影响
研究人员让两组参与者在不同的模拟重力环境中进行平衡任务。结果表明，随着 g 水平的降低，两组的姿态控制能力均下降，主观混淆度增加，且这种性能下降趋势可用指数模型拟合。对照组在 0.61 至 0.23-g 时表现显著低于其 1-g 基线。实验组在 1-g 时表现略优于对照组，在 0.82 至 0.10-g 时显著优于对照组，且随着向 0-g 靠近，其性能优势增加。然而，两组在所有 g 水平下的角位置和速度感觉混淆度水平相似。尽管实验组的表现和主观混淆度随着 g 水平降低而恶化，但他们对 VF 提示的信任度较高，这表明 VF 的有效性与对其的认知信任之间存在分离。此外，VF 虽在低重力暴露期间有益，但未能完全恢复 1-g 时的熟练程度。
实验 2：延长月球模拟环境暴露的影响
为了探究延长暴露于月球模拟环境是否能通过 VF 恢复性能，研究人员对新的一组参与者进行了实验。初始时，参与者的表现和混淆度相对于 1-g 显著恶化，但随后显著改善，大多数指标恢复到 1-g 基线水平。然而，SD 的迹象，包括姿态漂移和位置混淆仍然存在。这表明，在月球模拟条件下，通过 VF 的延长暴露可以显著改善平衡表现，但仍无法完全消除 SD。
结论与讨论
该研究表明，振动触觉反馈在低重力和 0-g 模拟环境中能够有效改善动态平衡表现，但其效果随着重力水平的降低而呈现出不同的特点。尽管 VF 在一定程度上提升了参与者的控制能力，但未能完全消除空间定向障碍，尤其是在主观感知方面，混淆度并未因 VF 的存在而降低。此外，研究还发现参与者对 VF 的高度信任与实际性能提升之间存在分离，这提示在实际应用中需要进一步考虑认知与生理反应的差异。
延长暴露于部分重力环境（如月球模拟）并结合 VF 能够促进学习和性能恢复，这为太空任务中的训练方案设计提供了新的思路。然而，即使经过延长暴露，SD 的某些迹象仍然存在，这表明完全克服 SD 可能需要更复杂的干预措施或更长时间的适应。
这项研究的重要意义在于，它为太空飞行中的 SD 对抗提供了一种有潜力的解决方案 —— 振动触觉反馈技术。尽管该技术尚未能完全消除 SD，但其在改善动态控制方面的效果为未来航天器的设计和宇航员的训练提供了宝贵的参考。未来的研究可以进一步探索结合多种感觉增强技术或优化训练方案，以更有效地应对太空环境中的空间定向障碍挑战，为人类更深入的太空探索奠定基础。
