Астронавти місії Artemis II використовували під час польоту на Місяць спеціальні наручні пристрої під назвою актиграфи. Вони були розроблені бразильською компанією Condor Instruments і призначені для відстежування стану їхнього здоров’я.
Актиграф — прилад для вимірювання циркадних ритмів
Актиграф має форму наручного годинника й оснащений акселерометрами, а також датчиками освітленості та температури, що дозволяє точно фіксувати режим сну та неспання користувача протягом кількох днів або тижнів.
Пристрій працює за допомогою датчика активності, який відстежує частоту та інтенсивність рухів рук. Аналізуючи ці дані, можна визначити періоди відпочинку (відсутність руху) та активності (наявність руху). Це дозволяє точно фіксувати циркадні ритми поведінки людини. На ці «біологічні годинники», що працюють приблизно 24 години на добу та регулюють фізичні й поведінкові функції більшості живих істот, найбільше впливає світло.
Для контролю за роботою цього годинника пристрій оснащений десятьма вбудованими датчиками, які фіксують освітленість у різних спектральних діапазонах. Ці дані мають вирішальне значення, оскільки дозволяють визначити інтенсивність та спектральний склад світла протягом циклу «світло — темрява». Цей цикл є основним зовнішнім регулятором, який синхронізує внутрішній біологічний годинник із навколишнім середовищем.
«Цикл «світло — темрява» визначається обертанням Землі, й саме на цьому ґрунтується те, як мозок передбачає час сну. У космосі цей орієнтир втрачається, оскільки астронавти можуть перебувати у постійному світлі або темряві, залежно від їхнього положення відносно Сонця», — пояснює Маріо Педраццолі Нето, професор Школи мистецтв, природничих та гуманітарних наук Університету Сан-Паулу (EACH-USP). Він є експертом у галузі хронобіології — науки, що вивчає ритми та внутрішні біологічні годинники живих істот. Він координував дослідження, які стали основою для розробки бразильського актиграфа.
Проблема порушення сну в космосі
Наприклад, на Міжнародній космічній станції (МКС) астронавти спостерігають 16 світанків і заходів Сонця на добу, що може серйозно порушити цикл сну та неспання. Щоб пом’якшити цей стрес, на станції встановили світлодіодні (LED) системи, які імітують земний цикл і допомагають підтримувати гігієну сну екіпажу.
«Через ці та інші фактори, які ще досліджуються, такі як вплив гравітації, астронавти зазвичай страждають від недосипання. У космосі відпочинок порушений», — говорить Педраццолі.
Оскільки недосипання спричиняє когнітивні та моторні порушення, які можуть поставити під загрозу виконання тривалих місій, такі агенції, як NASA, постійно проводять дослідження з метою оцінки впливу нерегулярних світлових циклів та порушень сну на організм людини. Ці порушення становлять ризик для здоров’я як у короткостроковій, так і в довгостроковій перспективі, пояснює дослідник.
Наприклад, дослідники, пов’язані з агенцією, вивчають, як такі фактори, як світло та споживання кофеїну, впливають на біологічний годинник екіпажу та якість сну.
Використання приладу в місячній програмі Artemis
У 2023 році в межах програми Artemis американська космічна агенція розпочала дослідження з метою моніторингу самопочуття, рівня активності, режиму сну та взаємодії астронавтів. Проєкт ARCHeR (Artemis Research for Crew Health and Readiness) був ініційований через екстремальні умови капсули Orion — обмеженого та тісного простору, де під час місій у далекий космос екіпаж стикається з тривалими біологічними та психологічними викликами, зокрема ізоляцією та радіацією.
Щоб зробити дослідження можливим, інженери NASA шукали на світовому ринку актиграфи, здатні моніторити екіпаж у реальному часі. Агенція звернула увагу на пристрій від Condor Instruments після того, як представники стартапу взяли участь у міжнародних наукових конференціях із хронобіології, сну та світла.
«У 2023 році вони звернулися до нас у пошуках нового постачальника. Спочатку вони зробили невелику закупівлю для наукових та інженерних секторів. Відтоді ми брали участь у кількох нарадах у міру розвитку проєкту. Пристрій пройшов ретельні випробування, щоб оцінити, чи відповідають дані вимогам місії та чи є він безпечним і надійним для польоту», — згадує Окамото.
Хоча з кінця 2025 року були ознаки його використання на Artemis II, офіційне підтвердження надійшло лише в день запуску.
На що ще здатен актиграф?
За словами Окамото, бразильський актиграф вирізняється серед міжнародних конкурентів тим, що відстежує рухову активність, вплив світла та температуру тіла. Температура тіла є надзвичайно важливим показником, оскільки під час сну вона знижується на 1–2 °C у межах циркадного циклу, сприяючи розслабленню та збереженню енергії.
Ще однією унікальною особливістю є здатність приладу вимірювати меланопічне світло — спектр синьо-блакитного світла (близько 490 нанометрів). Меланопічне світло активує світлочутливі гангліозні клітини в сітківці, що пригнічує вироблення мелатоніну та сигналізує мозку про те, що зараз день. Це підвищує пильність і пригнічує сон.
«Мобільні телефони випромінюють світло саме на цій довжині хвилі. Ось чому використання цих пристроїв вночі радикально змінює регуляцію сну в мозку», — коментує Педраццолі.
Пристрій також оснащений кнопкою для фіксації подій, яку астронавти натискали разом під час історичних моментів, наприклад, 6 квітня, коли Orion досяг відстані 406 777 км від Землі — найвіддаленішої точки, якої коли-небудь досягала людина.
Під час пресконференції після завершення місії командир Рід Вайзман відзначив ще одне застосування цього пристрою: «Використання цього пристрою протягом останніх двох років давало нам змогу знову зосередитися, коли ми відволікалися».
Дані актиграфа, зібрані під час польоту, порівняють із результатами тестів на координацію рухів та анкетами, заповненими до і після запуску. Мета полягає в оптимізації конструкції майбутніх космічних апаратів для забезпечення безпеки під час тривалих місій.
Застосування приладу на Землі та в космосі
Розробка актиграфа почалася з потреби, яку виявив Педраццолі під час проведення досліджень у Центрі вивчення сну — Центрі досліджень, інновацій та поширення знань (RIDC), що входить до складу Федерального університету Сан-Паулу (UNIFESP). Перші прототипи використовувалися для оцінки впливу переходу на літній час на населення.
Завдяки рекомендації Артуро Форнера-Кордеро, професора Інженерної школи Університету Сан-Паулу (POLI), Педраццолі познайомився з Окамото та Луїсом Філіпе Россі, які на той час були магістрантами POLI-USP і зацікавлені у створенні технологічного стартапу. Врешті інженери перетворили прототип на високоточний комерційний продукт.
Сьогодні стартап експортує 80 % своєї продукції — від 200 до 300 пристроїв на місяць — у понад 40 країн, обслуговуючи провідні університети та дослідницькі центри. Пристрій має широке застосування в дослідженнях: від епідемії короткозорості в Азії до відновлення передчасно народжених дітей у відділеннях інтенсивної терапії новонароджених.
Зараз мета полягає в тому, щоб зберегти партнерство з NASA для наступних етапів кампанії Artemis, включаючи посадку на південному полюсі Місяця у 2028 році.
За матеріалами phys.org
