Imitación dinámica de vuelo aeroespacial: Respuesta del cuerpo humano ante estímulos «PARTE 2»

La respuesta e impacto que tiene la simulación de movimiento sobre el cuerpo humano es esencial para el diseño de los simuladores de vuelo. Una imitación dinámica distinta o incorrecta puede causar una respuesta no favorable al usuario por lo que al momento de diseñar un simulador se requiere de un equipo multidisciplinario.

Vibraciones

Cada una de las actividades que desarrolla el humano hace que se encuentre expuesto a vibraciones, desde caminar hasta tomar el transporte. Por lo que su estudio se vuelve trascendente no solo en la simulación si no en cualquier tipo de mecanismo que utiliza el ser humano.

Áreas de estudio de la vibración. Tomado y modificado de [1]

No existe un órgano único que esté especializado para detectar vibraciones, lo que ocurre es que se combinan las señales del sistema visual, vestibular, somático y auditivo para su percepción. Cada uno de estos sistemas es muy complejo y tanto como su descripción y funcionamiento están fuera del alcance de esta entrada, se sugiere que se consulte [2] para profundizar en este tema. A grandes rasgos, los desplazamientos amplios y baja frecuencia de oscilación son fácilmente detectados por la retina del ojo (Sistema visual) ya que los cambios de posición relativa de un objeto son muy notorios. El sistema vestibular que se encuentra ubicado en el oído interno, es el que permite la detección de aceleraciones lineales y rotacionales. Dicha acción se lleva a cabo por medio de un complejo sistema de canales semicirculares que reaccionan con el movimiento de la cabeza del individuo. El sistema somático se divide en tres secciones: cinestésico, visceral y cutáneo. La parte cinestésica usa señales de los proprioceptores en las articulaciones, músculos y tendones que proveen retroalimentación al cerebro de la posición y la fuerza en cada parte del cuerpo; cada uno de estos receptores tienen diferentes rangos de frecuencias. Finalmente, el sistema auditivo percibe las ondas sonoras provenientes del vehículo.

La exposición a ciertas frecuencias pueden causar efectos sobre los sistemas del cuerpo humano. El impacto puede manifestarse en el sistema completo o de manera parcial, particularmente en aquellos espectros donde la vibración corresponde con la frecuencia de resonancia de la parte en cuestión.

Frecuencia de resonancia de algunas partes del cuerpo humano. Tomado y editado [3]

Aceleraciones

La magnitud de la vibración es comúnmente expresada en términos de aceleración, ya que es menos difícil de medir en comparación con la velocidad y el desplazamiento. En la mayoría de los casos, la aceleración es expresada en metros sobre segundo cuadrado. Sin embargo, también puede ser representada por medio de gravedades o G's.
El umbral de percepción para oscilaciones verticales se encuentran dentro de 1-100Hz o aproximadamente 0.01 m/s². A continuación se listan los rangos de aceleración y los efectos sobre el cuerpo humano.

Efectos de la aceleración en el cuerpo humano. Tomado y editado [3]

Efectos del movimiento sobre el cuerpo 

Es difícil llegar a una conclusión en cuanto a lo que refieren las vibraciones sobre el cuerpo; muchos factores varían, haciendo que se vuelva complicado el determinar la verdadera causa que ocasiona el cambio en la salud de las personas. El "seasickness" (mal de mar), "coach sickness" (trastorno por el asiento), "car sickness" (trastorno por viajar en carros), "air sickness" (trastorno por viajar en aviones) e incluso el "space sickness" (trastorno por viajes espaciales) son fenómenos que experimentan la mayor parte de los viajeros. Estos se pueden englobar en algo denominado "motion sickness" o «cinetosis».

Trastornos asociados al movimiento. Tomado y editado [1]

 

A continuación, se se hablará de 2 trastornos específicos

Airsickness
En todo tipo de aeronaves e.g. carga de pasajeros, helicópteros, aeronaves de ala fija (militares o civiles); el "air sickness" es un problema. En realidad, gran parte de los esfuerzos han sido enfocados en la investigación del "airsickness" para aeronaves militares. El conflicto sensorial en aviación es usualmente visual-vestibular (para pasajeros en cabina) o intravestibular (aplicaciones a grandes fuerzas G) [1]. Grandes mejoras en las rutas de aeronaves comerciales se han hecho para evitar la turbulencia, para que los civiles no se vean afectados. Sin embargo, con el incremento de aviones volando se empiezan a utilizar otras rutas aéreas lo cual ha llevado a que el "airsickness" sea una preocupación a futuro.

Simulator sickness

Debido a las características físicas que limitan las aceleraciones, movimientos y desplazamientos de un simulador de vuelo, es imposible lograr imitar todas las sensaciones (a pesar de contar con una base móvil). El "simulator sickness" es ocasionado por los resultados equivocados de la simulación, mas no por la simulación generada. Por ejemplo, una simulación de vuelo imperfecta puede ocasionar efectos que no se presentaran en la aeronave real. Esto es generalmente atribuido a que los resultados arrojados por las ecuaciones que están siendo simuladas no coinciden con el movimiento real que se pudiera presentar. Por lo anterior, se debe lograr una buena correlación entre Simulación y la Realidad.

Una paradoja dentro del mundo de los simuladores de vuelo ocurre cuando un piloto entrenado en el simulador experimenta síntomas de «motion sickness» dentro del vehículo real. Esto no debe ocurrir en sistemas de entrenamiento de vuelo de alta fidelidad.

Referencias

[1] Neil J. Mansfield. Human response to vibration. CRC Press, 2005.

[2] R. Bruce Masterton. Handbook of Behavioral Neurobiology, volume 1 Sensory Integration.
Plenum Press, 1978

[3] Robyn Hopcroft and Michael Skinner. C-130J Human Vibration, 2005