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Hochschule Bonn-Rhein-Sieg forscht zu Schwerelosigkeit

Eine Frage der Balance : Hochschule Bonn-Rhein-Sieg forscht zu Schwerelosigkeit

Wissenschaftler der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg untersuchen, wie der Mensch im All seine Eigenbewegung wahrnimmt. Dazu schicken die Forscher Probanden auf Parabelflüge und setzen Ihnen VR-Brillen auf, die künstliche Realität simulieren.

Bewegungen im Raum sind für viele Menschen eine nicht zu unterschätzende Herausforderung. Balance, Geschwindigkeit und Abstände gilt es zuverlässig einzuschätzen, um sich unfallfrei durch den Alltag zu bewegen. Dies funktioniert nur durch das Zusammenspiel verschiedener Reize, etwa durch Seh- und Tastsinn und durch die Informationen des Vestibularorgans im Innenohr, das für das Gleichgewicht und die Wahrnehmung von Beschleunigungen zuständig ist.

Das System kommt allerdings schnell an seine Grenzen, wenn der sensorische Input gestört wird oder es zu einer Diskrepanz zwischen verschiedenen Sinneseindrücken kommt. Etwa in Zügen. Oder im Flugzeug. Oder in der Schwerelosigkeit. Daher untersuchen Wissenschaftler der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS) nun mit Kollegen von der York University (Kanada), wie sich die Wahrnehmung von Eigenbewegung und Distanzen in dieser Extremsituation verändert. Dafür schickt das Team um Professor Rainer Herpers Probanden auf Parabelflüge des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) – und setzt ihnen VR-Brillen auf („VR“ steht für „Virtuelle Realität“), die eine künstliche Realität simulieren.

Als Parabelflug wird ein besonderes Flugmanöver bezeichnet, bei dem das Flugzeug eine zur Erd-
oberfläche geöffnete Wurfparabel beschreibt. Der Zweck dieses Manövers ist das Erreichen von Schwerelosigkeit oder die Simulation einer verminderten Schwerkraft.

Das Gleichgewichtsorgan funktioniert mit „Otolithen“, kleinen Steinchen darin, die aus Kalk bestehen. Ihre Verlagerung gibt dem Körper Informationen über die Eigenbewegung, die im Hirn mit den Seheindrücken in Einklang gebracht werden müssen. Doch ohne Gravitation sind die Otolithen in einem Schwebezustand und können ihre Aufgabe nicht erfüllen. „Ein Mensch muss sich in dieser Situation anders im Raum zurechtfinden“, erklärt Nils-Alexander Bury, der als Verbindungsmann zwischen der York University und der H-BRS fungiert und die Experimente mitgestaltet. „Uns interessiert, welchen Einfluss das Vestibularorgan auf die Wahrnehmung der Eigenbewegung hat. Dies untersuchen wir, indem unsere Probanden sich nur noch auf visuelle Reize verlassen können können und nicht mehr zusätzlich auf taktile oder vestibuläre“ (= den Gleichgewichtssinn betreffende, Anm. d. Red.). „Astronauten haben uns zum Beispiel bestätigt, dass sie Entfernungen und die eigene Geschwindigkeit im All ganz anders erfahren“, sagt Bury. „Wir wollen in unserem Projekt nun Daten sammeln, mit denen wir dies modellieren können.“

Dazu simulieren er und seine Kollegen während der rund 20 Sekunden Schwerelosigkeit bei einem Parabelflug eine virtuelle Fahrt durch einen Korridor, den die Probanden in ihren VR-Brillen sehen. Grafisch ist die Darstellung rudimentär, nicht vergleichbar mit den komplexen 360-Grad-Spielen, die es für derartige Systeme inzwischen gibt; aber das Programm erfüllt seinen Zweck. „Wir zeigen vorher in einer gewissen Distanz ein Ziel und bitten die Probanden, auf einen Knopf zu drücken, wenn sie angekommen sind“, so Bury. „In einem zweiten Experiment drehen wir den Spieß um und zeigen ihnen erst die Fahrt, bevor sie die zurückgelegte Distanz angeben sollen.“

Der erste Parabelflug dieser Art soll Anfang Juli stattfinden, ein zweiter ist bereits gesichert. „Wir hoffen, weitere zugestanden zu bekommen, um die Zahl der Probanden auf 24 verdoppeln zu können“, erklärt Bury, der selbst schon mehr als 500 Parabeln hinter sich hat und daher ganz genau weiß, was auf die Freiwilligen zukommt. Ein vorheriger Flug im September diente übrigens ausschließlich dazu, die zum Einsatz kommende Ausrüstung zu testen.

Nach Abschluss der Studie sollen die Daten mit jenen verglichen werden, die Bury in einem Experiment unter Wasser erhoben hat. „Da spielen taktile Reize ebenso wenig eine Rolle wie im Weltall, aber dafür bleibt das Vestibularorgan aktiv“, erklärt er. „In der Gegenüberstellung können wir dann hoffentlich feststellen, welche Rolle die jeweiligen sensorischen Impulse für unsere Orientierung spielen.“