西工大腦控技術(shù)可控制無人機(jī)運(yùn)行

科技的發(fā)展，讓“心想事成”不再只是一句祝福。本期好奇心帶你探秘西北工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的腦控技術(shù)，用人腦控制機(jī)器人和無人機(jī)運(yùn)行。

>>現(xiàn)場(chǎng)演示

操作者盯著屏幕上的燈 機(jī)器人就會(huì)動(dòng)

近日，好萊塢科幻電影《環(huán)太平洋2》正在熱映，片中主人公身處機(jī)甲戰(zhàn)士身體內(nèi)，“主人”可以隨心所欲地控制機(jī)甲，就好像是控制自己的身體一樣。

這部科幻電影所描繪的技術(shù)即“腦控技術(shù)”，用人的意念來控制機(jī)器等外部事物。西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院謝松云教授所帶領(lǐng)的神經(jīng)信息團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十余年的研究，并取得了重大突破。昨日，團(tuán)隊(duì)成員向華商報(bào)記者現(xiàn)場(chǎng)展示了該技術(shù)的其中一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

實(shí)驗(yàn)人員頭戴腦電檢測(cè)設(shè)備，盯著面前的視覺刺激裝置，該裝置由電腦顯示屏和上下左右四個(gè)led燈組成，機(jī)器人和腦電檢測(cè)設(shè)備由無線方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，機(jī)器人實(shí)時(shí)運(yùn)行圖像通過攝像機(jī)傳回到裝置顯示屏。實(shí)驗(yàn)人員盯著裝置上方的燈，機(jī)器人就會(huì)向前行進(jìn)，盯著下方的燈機(jī)器人就會(huì)向后退，左右分別是左拐和右拐。機(jī)器人行進(jìn)到玩偶跟前，實(shí)驗(yàn)人員通過眨眼，控制機(jī)器人將玩偶抓取或放下。

>>記者體驗(yàn)

腦控機(jī)器人反應(yīng)快 操作者不能開小差

為了進(jìn)一步感受腦控技術(shù)，華商報(bào)記者親身體驗(yàn)了腦控機(jī)器人的操作過程。

“腦電檢測(cè)設(shè)備上的電極要緊貼頭皮，從而更好地采集腦電波，所以頭發(fā)太厚可能會(huì)有影響。”謝松云教授邊給記者調(diào)試腦電檢測(cè)電極邊介紹。實(shí)驗(yàn)人員將記者的頭發(fā)撥開戴上腦電檢測(cè)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)開始后記者先盯著視覺刺激裝置上方的燈，機(jī)器人立即開始向前行進(jìn)，走到玩偶面前后記者眨眼，機(jī)器人很快就抓取到玩偶。隨后記者想讓機(jī)器人后退，但是看燈時(shí)沒能集中注意力，所以機(jī)器人并未做出相應(yīng)動(dòng)作，記者重新集中注意力后，機(jī)器人又很快按照腦控意愿完成了相應(yīng)任務(wù)。由于一直盯著燈看，記者感到眼睛有些疲勞。

“這就是這種模式的局限性。”謝松云說，這種模式需要集中注意力，但實(shí)際操作中很難做到不分神，眼睛的余光也容易看到其他方向的燈，所以采集到的腦電波不一定就是單一的一種，容易發(fā)生偏差。

>>其他成果

大腦進(jìn)行想象就能控制無人機(jī)左右運(yùn)動(dòng)

謝松云說，其實(shí)利用視覺刺激的方式進(jìn)行腦控只是腦控技術(shù)的一種模式。而且通常意義上的腦控希望實(shí)現(xiàn)“腦子里怎么想，事物就怎樣運(yùn)動(dòng)”的效果，為此，他們研發(fā)了多模式腦控?zé)o人機(jī)系統(tǒng)，結(jié)合了視覺刺激、事件想象和眨眼三種模式控制無人機(jī)的飛行。其中，想象模式就是大家所說的“意念控制”，無需外加刺激裝置，只通過大腦進(jìn)行特定任務(wù)的想象，激發(fā)出相應(yīng)的腦特征信號(hào)。

據(jù)介紹，操作多模式腦控?zé)o人機(jī)時(shí)，視覺刺激控制無人機(jī)的上升、下降，事件想象控制無人機(jī)左前、右前運(yùn)動(dòng)，眨眼控制無人機(jī)的懸停。在前不久剛做的一次實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)人員就通過這三種模式實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)的跨障礙、繞八字飛行。

>>原理解析

檢測(cè)腦電波后轉(zhuǎn)化為控制信號(hào) 實(shí)現(xiàn)腦控

謝松云介紹，人腦神經(jīng)元活動(dòng)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)，這些信號(hào)相疊加，就形成了腦電波。腦控技術(shù)的原理其實(shí)是通過對(duì)腦電波進(jìn)行分析解碼，轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)“事物”的控制，這些“事物”可以是設(shè)備裝置，甚至可以是生物體。

謝松云從2002年開始從事該領(lǐng)域的研究，“這是一個(gè)交叉學(xué)科的研究，包括神經(jīng)生物學(xué)、信息學(xué)、自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、心理學(xué)、醫(yī)學(xué)等。”謝松云說，人腦非常復(fù)雜，檢測(cè)到的腦電波非常微弱且噪音很大。生理刺激可以激發(fā)出相應(yīng)的腦電特征信號(hào)，于是他們研發(fā)并自制出了視覺刺激裝置，通過燈光的閃爍對(duì)眼睛的刺激在大腦產(chǎn)生相應(yīng)頻率的特征信號(hào)，四個(gè)頻率不同的信號(hào)可通過解碼形成四個(gè)腦控指令。人腦需要發(fā)出什么指令就看對(duì)應(yīng)的燈，腦電檢測(cè)儀采集到相應(yīng)的腦電信號(hào)并提取出來，通過分析處理轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)，從而控制機(jī)器人按照人的意圖完成運(yùn)行。

事件想象和意識(shí)眨眼兩種模式，同樣是利用腦電檢測(cè)儀采集相應(yīng)的腦電信號(hào)，提取不同刺激模式下腦電信號(hào)所對(duì)應(yīng)的不同特征，進(jìn)而控制無人機(jī)的飛行。

>>研發(fā)進(jìn)展

目前可實(shí)現(xiàn)1.5秒內(nèi)完成 目標(biāo)為1秒以內(nèi)

謝松云說，他們所研發(fā)的腦控技術(shù)目前在世界上處于先進(jìn)水平，實(shí)驗(yàn)平均任務(wù)完成時(shí)間為1.5秒以內(nèi)，因?yàn)閺拇碳ぎa(chǎn)生到腦電信號(hào)的特征提取到轉(zhuǎn)換和控制需要一個(gè)過程，今后的研究目標(biāo)為1秒之內(nèi)。

謝松云介紹，其實(shí)腦控技術(shù)的難點(diǎn)在于腦電特征信號(hào)的提取，因?yàn)槿祟惖拇竽X非常復(fù)雜，目前對(duì)于人腦的發(fā)掘卻很有限。目前腦部信號(hào)采集方式主要有兩種，腦植入電極的“侵入式”和無植入的“非侵入式”。“侵入式”是將腦電檢測(cè)的電極通過外科手術(shù)植入大腦，這種方式采集的信號(hào)相對(duì)較強(qiáng)、穩(wěn)定性強(qiáng)，但這種方式需要在顱內(nèi)植入電極，對(duì)人體造成一定的創(chuàng)傷，不方便長(zhǎng)期使用。謝松云團(tuán)隊(duì)研究的則是“非侵入式”，即在頭皮佩戴腦電檢測(cè)裝置。

>>應(yīng)用前景

可廣泛應(yīng)用于無人駕駛、工業(yè)控制等領(lǐng)域

腦控技術(shù)將得到怎樣的應(yīng)用？謝松云介紹，可廣泛應(yīng)用于無人駕駛、工業(yè)控制、教育、娛樂、助老/助殘?jiān)O(shè)備和醫(yī)療領(lǐng)域。

無人駕駛方面，目前一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于無人車通過人工智能方法提前學(xué)習(xí)各種路況后運(yùn)行，但現(xiàn)實(shí)路況往往更加復(fù)雜多變，所以出現(xiàn)了無人駕駛汽車發(fā)生交通事故的現(xiàn)象。腦控技術(shù)的加入，可在發(fā)生事故的瞬間，及時(shí)發(fā)出各種警示和模式切換指令，從而避免交通事故。這也是謝松云團(tuán)隊(duì)提出的“腦機(jī)一體化”概念，將大腦的智力和基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的人工智能結(jié)合起來，將大腦作為計(jì)算機(jī)控制的一個(gè)組成部分，構(gòu)成一個(gè)既有大腦的靈活和智能，又有計(jì)算機(jī)的高速和大容量的新型系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和安全性。

另外，行動(dòng)不便的殘疾人和老年人需要輪椅等輔助設(shè)備，腦控技術(shù)的加入會(huì)讓設(shè)備更加方便和智能。 華商報(bào)記者趙瑞利 攝影 黃利健