과제: 미세 중력에 노출되면 근육 위축이 발생할 수 있다. 즉, 우주비행사의 근육이 약해지고 악화된다. NASA에 따르면 5~11일의 짧은 우주 비행으로 인해 우주비행사는 근육량의 최대 20%를 잃을 수 있다.

우주비행사들은 근육 위축을 최소화하기 위해 ISS에서 매일 2시간 이상 운동을 해야 하지만, 지구로 돌아와 MRI 스캔을 받고 나서야 임무를 수행하는 동안 얼마나 많은 근육이 손실되었는지 알 수 있다.

NASA는 우주 비행사를 달과 궁극적으로 화성에 장기 임무로 보내기 시작할 계획이지만 이러한 깊은 여행 중에 근육 위축을 모니터링할 좋은 방법이 부족하다. 그것이 있다면 우주 비행사에게 우주에 있는 동안 운동 요법을 강화해야 한다고 경고할 수 있다.

아이디어: NASA 자금 지원을 받아 오하이오 주립 대학의 연구원들은 이제 근육 위축을 감지하고 모니터링하도록 설계된 최초의 웨어러블을 개발했다.

장치는 혈압 커프처럼 보인다. 두 개의 전기 전도성 실 루프가 지그재그 패턴으로 꿰매어 착용자의 종아리 근육 크기에 따라 늘어나거나 수축할 수 있다.

수석 저자인 Allyanna Rice는 "처음 센서를 제안했을 때 사람의 팔다리가 바뀔 것이라는 사실을 깨닫기 전까지는 신축성 소재가 필요하다는 사실을 깨닫지 못했다."고 말했다. "우리는 변화하고 유연할 수 있는 센서가 필요하지만 또한 컨포멀(conformal)해야 한다."

팀은 스레드의 루프를 "송신" 및 "수신" 코일이라고 부르며 장치를 사용하기 위해 송신 코일에 전류를 인가한다.

"[이것은] 전송 코일에 자속을 생성한다."라고 Rice는 말했다. "그런 다음 자기 플럭스가 수신 코일에 유도되고 이 플럭스가 수신 코일에 측정할 수 있는 전압을 유도한다."

"팔다리의 둘레가 증가함에 따라 수신 코일의 전체 자속과 전압도 증가할 것이다."라고 그녀는 덧붙인다.

장치의 유효성을 검사하기 위해 OSU 팀은 다리의 주형을 3D 프린팅하고 갈은 소고기로 채워 인간 근육 조직을 시뮬레이션했다. 테스트에 따르면 웨어러블은 작은 변화와 최대 51%의 전체 볼륨 감소를 모두 측정할 수 있다고 한다.

웨어러블에 있는 전기 전도성 스레드의 두 코일. 이미지출처: Allyanna Rice / 오하이오 주립 대학

전망: 연구원들은 그들의 장치가 우주 비행사뿐만 아니라 지구에 있는 사람들에게도 유용할 수 있다고 생각한다. 때때로 비용이 많이 드는 MRI에 의존하는 대신 근육 위축의 위험이 있는 환자는 장치를 착용하여 근육량을 지속적으로 모니터링할 수 있다.

그러나 이 개념 증명 연구에서 임상 시험을 시작하려면 상당한 작업이 필요하다.

"우리는 정확성과 해상도를 개선하기 위해 더 많은 코일을 추가하고, 해부학적 시뮬레이션과 실험 모델을 사용하고, 근육량에 영향을 미칠 수 있는 다른 생리학적 조건을 고려하고, 센서를 완전히 착용할 수 있도록 부피가 큰 벤치탑 측정 장비를 제거함으로써 이 장치를 계속 개발할 것이다." 라고 Rice는 말했다.

모니터링 너머: 우주에서 근육 위축을 모니터링하는 프로젝트 외에도 NASA는 또한 그것을 완전히 예방할 수 있는 새로운 방법을 모색하고 있다. 2020년 연구에 따르면 근육량을 조절하는 단백질을 차단하면 실제로 쥐가 ISS로 33일 동안 여행하는 동안 근육이 증가했다.

그 쥐들은 유전적으로 조작되었지만 약물을 사용하여 단백질을 차단하여 우주 비행사에게 몇 시간의 운동 없이도 우주에서 근육 손실을 방지할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.