ASU hat einen neuen Menschen

Forscher der Arizona State University werden diesen Sommer und in den kommenden Jahren eine laufende, atmende und schwitzende Puppe im Labor und auf dem Tempe-Campus auf Herz und Nieren testen, um Antworten darauf zu finden, wie man Menschen in heißen Umgebungen schützen kann.

Das Gerät soll dazu beitragen, die Bandbreite der Bedingungen und Aktivitäten bei heißem Wetter zu spezifizieren, die Menschen mit unterschiedlichen körperlichen Merkmalen oder Zuständen töten können. Dieses Wissen gewinnt an Bedeutung, da Städte unter den beiden Belastungen des Klimawandels und konkreter städtischer Hitzeinseln immer heißer werden.

Ein Unternehmen namens Thermetics baute diese thermische Puppe, bekannt als ANDI, speziell für ASU, mit Mitteln des Leading Engineering for America's Prosperity, Health and Infrastructure (LEAP HI)-Programms der National Science Foundation. Ähnliche Übungspuppen werden auch andernorts verwendet, beispielsweise bei Herstellern von Hochleistungssportbekleidung, die die Auswirkungen von Kleidungsstücken auf den Körper testen. Dies ist jedoch das erste Modell mit einem internen Kühlsystem, das den Einsatz im Freien und nicht nur in einem Labor mit kontrollierter Hitze ermöglicht.

Wenn die Puppe in die Sonne gelegt wird, kann sie als Reaktion auf die von einem Netzwerk von Sensoren erfasste Wärme in Mengen schwitzen, die einem bestimmten Körpertyp oder Alter entsprechen. Wenn Forscher die Puppe mit einem für diesen Zweck hergestellten Stoff bedecken, wird die Feuchtigkeit absorbiert, bedeckt die Körperoberflächen und verdunstet, wodurch sie ähnlich kühlt wie der Schweiß einer Person.

Nicht alle Menschen schwitzen gleich – ältere Menschen schwitzen beispielsweise weniger – daher kann das Gerät so programmiert werden, dass es ermittelt, wie viel es bräuchte, um verschiedene Menschen an den Punkt zu bringen, an dem sie einen Hitzschlag erleiden und sterben. Das Gerät atmet außerdem über einen Nachlauftank und simuliert so, wie sich der Austausch von heißer Luft und Feuchtigkeit auf den Körper auswirkt.

„Viele dieser Tests möchte man nicht mit einer realen Person durchführen“, sagte Maschinenbauprofessor Konrad Rykaczewski, der Hauptforscher des Projekts. „Das ist unethisch und wäre gefährlich.“

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Dieses neue Gerät wird zusammen mit MaRTy über die Bürgersteige des Campus rollen, einer tragbaren Wetterstation, die die Wärmeforscher der Universität seit mehreren Jahren verwenden, um Strahlungstemperaturen zu messen, die Fußgänger von der Sonne oder von Oberflächen wie der Straßenwärme erreichen.

ANDI spürt nicht nur die einströmende Wärme und reagiert darauf, sondern erzeugt auch seine eigene Wärme basierend auf seinen Bewegungen und den modellierten Funktionen innerer Organe. Eine Metallstange hängt die Puppe an einem vierrädrigen Wagen, und an ihren Fersen und Ellbogen befestigte Kabel bewegen sie wie eine Marionette, während sie durch die Luft rollt. Die Bewegung sendet Daten an ein computerisiertes Nervenzentrum in einem klimatisierten Schleppwagen, der bestimmt, wie viel innere Wärme das simulierte Training erzeugen würde.

Das Gerät kann Wärme erzeugen, die in etwa von der Wärme einer Glühbirne bis zur Wärme eines heißen Toasters reicht, etwa so groß wie der Unterschied zwischen einer ruhenden Person und einer Person, die einen Marathon läuft. In Kombination mit der Wärme der Sonne, des Gehwegs und der Luft zeigt sich, welche Kombination für bestimmte Personengruppen wahrscheinlich zu viel ist. Dann können die Forscher die gleichen Bedingungen noch einmal durchlaufen, aber sehen, was sich ändert, wenn sie das Verhalten der Puppe optimieren.

„Vielleicht hätten Sie die zusätzlichen 15 Minuten im Schatten verbringen sollen“, sagte Rykaczewski, und so wird die Puppe das versuchen und die daraus resultierenden Daten aufzeichnen. „Vielleicht sollten wir dich 20 Minuten lang mit Wasser besprühen. Vielleicht ist es eine bestimmte Kleidung.“

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Möglicherweise gibt es zahlreiche Anwendungen, die verschiedene ASU-Abteilungen letztendlich ausprobieren, aber der Schlüssel zu den anfänglichen Arbeiten besteht darin, zu testen, wie verschiedene Körpertypen auf reale Hitze reagieren, und die Sicherheitsempfehlungen entsprechend anzupassen.

„Die Idee ist, nach allem zu suchen, was uns helfen würde, wenn wir draußen sein müssen oder es genießen wollen, draußen zu sein“, sagte Rykaczewski.

Bestehende Richtlinien zur Hitzeexposition verfolgen im Allgemeinen Daten, die vor Jahrzehnten von Militäranwärtern im Südosten gesammelt wurden, sagte er. Das heißt, sie gelten für junge, gesunde Menschen, die sich in einer feuchten Umgebung anstrengen. Sie richten sich auch an „durchschnittliche“ Menschen.

„Wir sind per Definition definitiv nicht alle durchschnittlich“, sagte er.

Die Forscher werden ein Diagramm entwickeln, das zeigt, wie sich unterschiedliche Erkrankungen auf Menschen unterschiedlicher Form und Masse auswirken. Schließlich werden sie auch modellieren, wie verschiedene Leiden wie Diabetes oder Schizophrenie die Körperwärmereaktionen beeinflussen.

Diese Angaben werden für die heiße Welt, in der die Arizonaner leben, bereits benötigt. Der vorläufige Bericht von Maricopa County über die hitzebedingten Todesfälle des letzten Jahres, der in diesem Frühjahr erstellt wurde, zählt 425. Das ist ein Allzeithoch. Und Kreisbeamte haben in diesem Jahr bereits vier hitzebedingte Todesfälle bestätigt. Die meisten dieser Todesfälle ereignen sich im Freien, und der Bericht stellt einen Anstieg der Zahl der obdachlosen Menschen fest. Aber warum manche Menschen sterben und andere nicht, bleibt oft ein Rätsel.

„Uns sind Situationen im Tal bekannt, in denen Menschen an Hitze sterben, und wir verstehen immer noch nicht ganz, was passiert ist“, sagte Co-Ermittlerin Jennifer Vanos, außerordentliche Professorin für Nachhaltigkeit, in einer Erklärung der Universität. „ANDI kann uns helfen, das herauszufinden.“

Der Nutzen solcher Informationen wird laut Rykaczewski nur zunehmen, wenn sich der Planet und seine Städte erwärmen.

„Hier bei höchster Hitze rauszugehen (heute) könnte der durchschnittliche Tag in 20 Jahren sein“, sagte er.

Brandon Loomis befasst sich mit Umwelt- und Klimathemen für die Arizona Republic und azcentral.com. Erreichen Sie ihn unter [email protected] oder folgen Sie ihm auf Twitter @brandonloomis.

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