Een loopje met het evenwichtsorgaan

Een aan de cockpit voorbij flitsend landschap en een beetje zwaartekracht verrichten wonderen. Door de cabine van een vliegsimulator een beetje naar achteren te kiepen, wordt de vliegenier in de stoel gedrukt en heeft hij het gevoel dat hij razendsnel optrekt. Dat zijn stoel kantelt merkt hij nauwelijks, overdonderd als hij is door visuele prikkels. ‘Tilt coördination‘ heet deze techniek, die de evenwichtsorganen handig om de tuin weet te leiden.

Bij het ontwerpen van vliegtuigsimulaties maken onderzoekers gretig gebruik van dergelijke methoden. Zo ook in de cockpit van de Delftse simulator Simona, sinds kort het werkterrein van onderzoekster ir. Ana Rita Valente Pais van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (L&R). “Met zijn zes uitschuifbare poten kan hij alle kanten op bewegen”, zegt ze in een hal van L&R, waar de metershoge Simona huist. “Projectoren creëren een driedimensionaal beeld over 180 graden van de landingsbaan of het luchtruim”, zegt ze wijzend naar de bovenkant van het apparaat.

Hoewel dergelijke machines de menselijke zintuigen al jaren voor de gek houden, is er nog maar weinig bekend over de interactie tussen de verschillende evenwichtsorganen in het binnenoor, die rotatie, versnelling en zwaartekracht detecteren.

Door meer van die fysiologische kennis in de wiskundige simulatiemodellen te stoppen, wil Valente Pais de simulator verbeteren. Hiervoor heeft ze onlangs een zogenaamde ’toptalentsubsidie’ gekregen van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), een persoonsgebonden subsidie om jonge creatieve onderzoekers te stimuleren om promotieonderzoek te doen.

Valente Pais heeft al ervaring met simulators. Al een tijdje werkt ze samen met Delftse onderzoekers en een aantal fysiologen van TNO aan besturingsmodellen voor de nieuwe simulator van TNO, Desdemona. Deze enorme simulator kan tot wel acht meter zijdelings bewegen, en wordt deze zomer officieel geopend. Hij zal voornamelijk gebruikt worden voor onderzoek naar desoriëntatie van piloten van de Nederlandse Luchtmacht.
Experimenteel

“Tot nu toe worden alle simulaties experimenteel afgesteld”, vertelt Valente Pais. “Om bijvoorbeeld een bepaalde bocht na te bootsen, moeten we de draaisnelheid van de cockpit instellen en tegelijkertijd de cabine kantelen en bepaalde beelden op het scherm projecteren. Een ervaren piloot moet vervolgens aangeven wanneer het gevoel het beste strookt met de werkelijkheid. Dit moet telkens opnieuw gebeuren wanneer wetenschappers iets aan een nieuwe vliegsituatie willen onderzoeken, of het nou gaat om de landing, het opstijgen of vliegen met turbulentie.”

De promovenda wil voor elke afzonderlijke beweging en versnelling vaststellen wat piloten waarnemen en hoe hun gevoel wordt beïnvloed wanneer zij allerlei verschillende impulsen tegelijk krijgen. Valente Pais: “Bij L&R is nauwelijks fysiologische kennis. Het is belangrijk dat ingenieurs ook hier meer gaan nadenken over de interactie tussen de machines en de menselijke organen. Ik wil de bewegingswaarneming van het menselijke brein in een model stoppen.”

Hoe ze precies gaat experimenteren weet ze nog niet. “Maar”, zegt ze, “je kunt denken aan een knopje waar proefpersonen in de cockpit op moeten drukken zodra ze een beweging voelen. Ook moeten ze omschrijven welke vlucht het meest realistisch op hen overkomt. De kwaliteit van mijn onderzoek is grotendeels afhankelijk van de vragen die ik de proefpersonen stel.”

Naast praktischer wil Valente Pais simulators ook veelzijdiger maken. “Bepaalde situaties kunnen nu nog niet worden nagebootst”, vertelt ze. “Je kunt in simulators bijvoorbeeld niet goed nadoen wat er gebeurt als de motoren aan een kant van het vliegtuig uitvallen. Daarvoor is de bewegingsruimte van de simulator te klein. Hij kan niet ver genoeg op en neer deinen en draaien. Maar als we beter weten hoe we de zintuigen om de tuin kunnen leiden, wordt het misschien wel mogelijk dergelijk situaties na te bootsen.”

Vliegsimulator Simona houdt vliegeniers al jaren voor de gek. (Foto: Sam Rentmeester/FMAX)

Een aan de cockpit voorbij flitsend landschap en een beetje zwaartekracht verrichten wonderen. Door de cabine van een vliegsimulator een beetje naar achteren te kiepen, wordt de vliegenier in de stoel gedrukt en heeft hij het gevoel dat hij razendsnel optrekt. Dat zijn stoel kantelt merkt hij nauwelijks, overdonderd als hij is door visuele prikkels. ‘Tilt coördination‘ heet deze techniek, die de evenwichtsorganen handig om de tuin weet te leiden.

Bij het ontwerpen van vliegtuigsimulaties maken onderzoekers gretig gebruik van dergelijke methoden. Zo ook in de cockpit van de Delftse simulator Simona, sinds kort het werkterrein van onderzoekster ir. Ana Rita Valente Pais van Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek (L&R). “Met zijn zes uitschuifbare poten kan hij alle kanten op bewegen”, zegt ze in een hal van L&R, waar de metershoge Simona huist. “Projectoren creëren een driedimensionaal beeld over 180 graden van de landingsbaan of het luchtruim”, zegt ze wijzend naar de bovenkant van het apparaat.

Hoewel dergelijke machines de menselijke zintuigen al jaren voor de gek houden, is er nog maar weinig bekend over de interactie tussen de verschillende evenwichtsorganen in het binnenoor, die rotatie, versnelling en zwaartekracht detecteren.

Door meer van die fysiologische kennis in de wiskundige simulatiemodellen te stoppen, wil Valente Pais de simulator verbeteren. Hiervoor heeft ze onlangs een zogenaamde ’toptalentsubsidie’ gekregen van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), een persoonsgebonden subsidie om jonge creatieve onderzoekers te stimuleren om promotieonderzoek te doen.

Valente Pais heeft al ervaring met simulators. Al een tijdje werkt ze samen met Delftse onderzoekers en een aantal fysiologen van TNO aan besturingsmodellen voor de nieuwe simulator van TNO, Desdemona. Deze enorme simulator kan tot wel acht meter zijdelings bewegen, en wordt deze zomer officieel geopend. Hij zal voornamelijk gebruikt worden voor onderzoek naar desoriëntatie van piloten van de Nederlandse Luchtmacht.
Experimenteel

“Tot nu toe worden alle simulaties experimenteel afgesteld”, vertelt Valente Pais. “Om bijvoorbeeld een bepaalde bocht na te bootsen, moeten we de draaisnelheid van de cockpit instellen en tegelijkertijd de cabine kantelen en bepaalde beelden op het scherm projecteren. Een ervaren piloot moet vervolgens aangeven wanneer het gevoel het beste strookt met de werkelijkheid. Dit moet telkens opnieuw gebeuren wanneer wetenschappers iets aan een nieuwe vliegsituatie willen onderzoeken, of het nou gaat om de landing, het opstijgen of vliegen met turbulentie.”

De promovenda wil voor elke afzonderlijke beweging en versnelling vaststellen wat piloten waarnemen en hoe hun gevoel wordt beïnvloed wanneer zij allerlei verschillende impulsen tegelijk krijgen. Valente Pais: “Bij L&R is nauwelijks fysiologische kennis. Het is belangrijk dat ingenieurs ook hier meer gaan nadenken over de interactie tussen de machines en de menselijke organen. Ik wil de bewegingswaarneming van het menselijke brein in een model stoppen.”

Hoe ze precies gaat experimenteren weet ze nog niet. “Maar”, zegt ze, “je kunt denken aan een knopje waar proefpersonen in de cockpit op moeten drukken zodra ze een beweging voelen. Ook moeten ze omschrijven welke vlucht het meest realistisch op hen overkomt. De kwaliteit van mijn onderzoek is grotendeels afhankelijk van de vragen die ik de proefpersonen stel.”

Naast praktischer wil Valente Pais simulators ook veelzijdiger maken. “Bepaalde situaties kunnen nu nog niet worden nagebootst”, vertelt ze. “Je kunt in simulators bijvoorbeeld niet goed nadoen wat er gebeurt als de motoren aan een kant van het vliegtuig uitvallen. Daarvoor is de bewegingsruimte van de simulator te klein. Hij kan niet ver genoeg op en neer deinen en draaien. Maar als we beter weten hoe we de zintuigen om de tuin kunnen leiden, wordt het misschien wel mogelijk dergelijk situaties na te bootsen.”

Vliegsimulator Simona houdt vliegeniers al jaren voor de gek. (Foto: Sam Rentmeester/FMAX)