FlexSuit : design of a wearable device for astronauts training

The continued growing interest and investments in space exploration, accelerated by the NASA Artemis program, are driving humanity toward the concept of a multi-planetary species: to create a living environment as suitable as the terrestrial one, it is crucial to regard human physical and psychological wellbeing as a key factor when designing for space. The importance of protecting astronauts and future space travellers from the effects of an extra-terrestrial environment is fundamental in the development of the next generation of human-machine interfaces. The different gravity conditions, such as microgravity, represent the main factor scientists, engineers, and designers have to take into consideration when designing Intra-Vehicular Activity spacesuits (IVA) for long-duration human spaceflights. Protecting astronauts from physical difficulties, such as spinal elongation and muscle mass and bone loss, is crucial and can solve many of the pathologies they face during missions as well as once back on Earth. The existing training systems that aim to prevent these kinds of pathologies usually need 2 or 3 hours of training per day and a massive and noisy volume occupied by equipment. This thesis project aim is to design a wearable device, able to prevent difficulties caused by microgravity conditions, optimizing the time spent on daily training, in order to allow astronauts the possibility dedicating more time to urgent tasks or just enjoying time in space, preserving their mental wellbeing with more personal moments. Moreover, the goal of the project is to minimize the space required by advanced training equipment, facing future needs of habitable modules, which will be subjected to continuous optimization, towards the development of more livable surroundings. FlexSuit is a transformative product, composed of a tailor-made EMS suit, and a mechanical device, which can provide adjustable countermeasure forces, to prevent spinal elongation effects and preserve astronauts’ health, increasing safety during training. The paradigm shift the space exploration world is facing today represents a great challenge and opportunity for the entire scientific community: designers have the role of bridging the gap between technical, physical, and personal perspectives, toward the creation of the best future technological solutions for space.

Il rinnovato interesse e i continui investimenti verso l’esplorazione spaziale, accelerati dal programma Artemis della NASA, stanno guidando l’umanità verso lo sviluppo di una specie multi planetaria: al fine di creare un ambiente adatto alla vita quotidiana, così come sulla Terra, è fondamentale considerare lo stato di salute mentale e fisica come un fattore chiave per la progettazione nello spazio. L’importanza di proteggere gli astronauti dagli effetti di un ambiente come quello extraterrestre, è fondamentale nello sviluppo di interfacce uomo-macchina. Le diverse condizioni di gravità, come la microgravità, rappresentano il principale fattore che scienziati, ingegneri e designers devono considerare nel processo di progettazione di tute spaziali intra-veicolari (IVA) per missioni a lungo termine. Proteggere gli astronauti da eventuali problematiche fisiche, come l’allungamento della spina dorsale o la perdita di massa muscolare e ossea, risulta cruciale nella gestione delle problematiche registrate dagli astronauti durante le missioni e una volta sulla Terra. I sistemi di allenamento presenti nei moduli abitativi spaziali, utili alla prevenzione di tali patologie, richiedono dalle 2 alle 3 ore di allenamento quotidiano, senza considerare il fattore acustico e il loro ingombro volumetrico, che risultano ormai inadatti. L’obiettivo di questo progetto di tesi è di sviluppare un dispositivo indossabile, capace di prevenire problematiche causate dalle diverse condizioni di gravità dello spazio, ottimizzando i tempi dedicati all’allenamento quotidiano. L’idea è di ridurre tali tempistiche per poter ottimizzare la gerarchia dei compiti, dando priorità a quelli più urgenti e garantendo più tempo libero da dedicare al proprio benessere psicologico. Inoltre, il progetto punta a minimizzare gli spazi richiesti dai macchinari, a favore di una soluzione indossabile, in linea con la progettazione dei futuri ambienti spaziali. FlexSuit è un prodotto trasformativo, composto da una tuta a elettro-stimolazione muscolare e un dispositivo in grado di replicare una forza simile a quella di gravità, per preservare la salute degli astronauti, accrescendo il livello di sicurezza durante l’allenamento. L’innovazione generata dall’esplorazione spaziale ha sviluppato incredibili opportunità e sfide per la comunità scientifica: il ruolo dei designers è di coniugare le diverse prospettive, da quelle tecniche a quelle umanistiche, con l’obiettivo di creare le migliori soluzioni tecnologiche per il futuro dello spazio.