La Atracción de la HiperGravedad

Un investigador de la NASA estudia los extraños efectos de la gravedad artificial sobre los humanos.

Febrero 7, 2003: ¿Quiere saber qué se siente cuando la fuerza de la gravedad aumenta tres veces?

Vaya a un parque de diversiones.

Hay un módulo circular que gira vertiginosamente. De pie dentro de ella, su espalda queda presionada contra la pared. Gira más y más rápido hasta que de repente, el piso se cae. Pero usted no cae con él. Usted permanece en su lugar, clavado a la pared por fuerzas "tan grandes como 3-g - o sea tres veces la fuerza normal de la gravedad", dice Malcolm Cohen, jefe de la rama de Investigación de los Procesos de Información Humana (Human Information Processing Research Branch) en el centro Ames de investigaciones de la NASA.

Derecha: Jóvenes enclavados a la pared dentro de un juego rotatorio denominado "el Gravitron". Crédito de la imagen y derechos reservados: David Burton.

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Durante los últimos veranos, Cohen ha estado haciendo girar a sujetos para investigación en algo mucho más impresionante que un paseo en un módulo de atracciones. Ha estado estudiando a ingenieros, escaladores de montañas, profesores y otros voluntarios pagados para que vivan hasta casi 22 horas en una centrífuga gigante de casi 18 metros de diámetro. ¿Su meta? Aprender cómo se ajustan los humanos a los cambios de gravedad -- particularmente a la alta gravedad.

La NASA está interesada porque los astronautas en el espacio no sólo experimentan la muy baja gravedad. Están expuestos también a la hipergravedad: hasta de 3,2-g en el lanzamiento y cerca de 1,4-g en la reentrada. "Bajo estas condiciones", apunta Cohen, "el fluido pesa más". El corazón tiene que cambiar su forma de operar, bombeando más rápido y trabajando más duro para empujar a la sangre en su camino hasta el cerebro. Esto podría hacer que los astronautas se marearan o, en casos extremos, que llegaran a desmayarse.

Dándole vueltas a la gente en su centrífuga, Cohen espera aprender si la reacción del corazón puede ser condicionada. Quizá si los astronautas fueran expuestos a dosis controladas de hipergravedad antes del lanzamiento o del regreso, serían capaces de tolerar fuerzas g más elevadas de lo que normalmente podría esperarse.

Arriba: La centrífuga de 20-g en NASA Ames. Cohen utiliza este mecanismo en humanos, exponiéndolos a niveles de gravedad artificial tan altos como 2-g. Un sistema de monitoreo médico y dispositivos adicionales de seguridad permiten los estudios sobre humanos desde 1 a 12,5-g. [más información]

Un viaje más fácil al espacio no es el único beneficio potencial. Aquí en la Tierra, la hipergravedad podría utilizarse para entrenar atletas, proporcionando un ambiente en el cual los ejercicios serían realizados con un mayor beneficio y en un menor tiempo. Las personas que sufren de atrofia muscular podrían utilizar este método para estirar sus músculos con más efectividad.

Las centrífugas podrían también ser la clave para viajes espaciales de larga duración. Esto se debe a que la gravedad muy baja hace que el cuerpo se deteriore de varias formas: atrofiamiento cardiovascular, pérdida de masa muscular, pérdida de densidad ósea y todo un conjunto de otros problemas. La gravedad artificial podría prevenir todo esto -- y las centrífugas son una forma plausible de generar la gravedad artificial.

Los participantes en el estudio de Cohen tiene que medir menos de 1,73m (5,8 pies) de alto -- debido a que las dimensiones exteriores de la cabina de la centrífuga son de sólo 2,31m (7,7 pies) de profundidad por 1,80m (5,11 pies) de ancho. "Con sus paredes acojinadas, los individuos apenas tienen suficiente espacio para acostarse en la cama construida en la cabina", explica. La apretada cabina está equipada con una toilette, una TV y una computadora portátil con juegos, pruebas y cuestionarios. Mientras van dando vueltas, los participantes responden preguntas relativas al estrés, fatiga y noción de mareo; realizan complejas tareas de razonamiento; y sus signos vitales, movimientos de la cabeza y actividades generales son monitoreados por sensores y cámaras.

Arriba: Malcolm Cohen, quien estudia los efectos de la hipergravedad en los humanos, es un miembro del Grupo de Adaptación de Percepción y Comportamiento (Perceptual and Behavioral Adaptation Group) de NASA Ames. [más información ]

"La gravedad artificial es una herramienta potencialmente útil", anota Cohen, "pero no es la panacea universal". La fuerza generada por una centrífuga en movimiento no es exactamente la misma que la gravedad, nos explica. Si usted tiene una pequeña centrífuga -- digamos una que pudiera entrar dentro de una nave espacial -- tendría que hacerla girar muy rápido para crear los niveles g lo suficientemente altos para que fuese efectiva. Pero existe un problema: a través del radio de una pequeña centrífuga, los niveles g cambian muy rápidamente. "Supongamos que usted está viviendo en una centrífuga de radio corto, con su cabeza cerca del centro y sus pies en el exterior y supongamos que tiene 1-g en sus pies. Su cabeza sólo sentiría 0,2-g, o hasta menos". ¡Esto no es exactamente como se sentiría en el campo gravitacional de la Tierra!

Los giros rápidos crean otra preocupación: si se mueve la cabeza demasiado rápido mientras se está dentro de una centrífuga que gira a alta velocidad, puede tenerse la sensación de estar dando volteretas. Esto sucede cuando los fluidos sensores del equilibrio en los canales semicirculares del oído se "desequilibran". Algunos experimentos que utilizan centrífugas incluyen a menudo dispositivos para fijar la cabeza de los sujetos en su lugar, sólo para prevenir esa ilusión. Sin embargo, viajar a través del espacio, con su cabeza fija en un lugar no es nada práctico.

Derecha: La anatomía del oído interno. Los fluidos en los canales semicirculares son críticos para el balance humano.

Cohen propone varias formas de hacer viable la gravedad centrífuga:

Quizá los ingenieros podrían desarrollar una centrífuga con un radio de varios kilómetros, lo suficientemente larga para generar alta gravedad artificial sin necesidad de girar tan rápido que causara la ilusión de las volteretas. En lugar de utilizar pequeñas centrífugas a bordo, los viajeros del espacio podrían, en cambio, hacer girar lentamente a sus naves espaciales.

Alternativamente, podría enseñarse a los sujetos a adaptarse a un medio ambiente en rotación. El cerebro humano es extremadamente competente para interpretar sensaciones extrañas después de que han estado presentes por un rato. Como prueba, la forma en cómo los astronautas pueden estar desorientados cuando llegan por primera vez al espacio, pero pronto aprenden a funcionar en un ambiente de ingravidez. Si a los humanos se les da vueltas por un tiempo suficiente, dice Cohen, los efectos extraños de la rotación pueden volverse familiares.

Izquierda: Este concepto artístico de una nave espacial en rotación camino a Marte fue creado por John Frassanito & Associates, Inc. Vea también una película de 300 Kb en formato Quicktime de esta escena.

Por ahora, no obstante, Cohen está aún tratando de determinar cómo afectan las diferentes clases de actividades realizadas con hipergravedad al acondicionamiento cardiovascular. Cohen encontró que sus sujetos de prueba pasaban mucho tiempo acostados, en parte porque era más cómodo y en parte porque el girarlos los mareaba -- un efecto denominado "el síndrome de sopor". Cohen indicó que estaba sorprendido de lo fuerte que era. Continuando, a él le gustaría examinar qué sucede cuando desempeñan un rango de actividades predeterminadas, tales como levantarse, en las cuales la fuerza-g pone un mayor estrés sobre el corazón.

Hay muchas investigaciones por delante. "Existen muchas opciones para implementar mejor la hipergravedad de la forma más efectiva posible", dice Cohen. "Baja intensidad para largas duraciones, alta intensidad para duraciones cortas, radios cortos de centrífugas, rotar una nave espacial completamente". Sabemos mucho, dice, pero aún hay mucho más que aprender. Es, después de todo, un tema de mucho peso.