西工大腦控技術可控制無人機運行
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)大學團隊研發(fā)的腦控技術，用人腦控制機器人和無人機運行。
>>現場演示
操作者盯著屏幕上的燈 機器人就會動
近日，好萊塢科幻電影《環(huán)太平洋2》正在熱映，片中主人公身處機甲戰(zhàn)士身體內，“主人”可以隨心所欲地控制機甲，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即“腦控技術”，用人的意念來控制機器等外部事物。西北工業(yè)大學電子信息學院謝松云教授所帶領的神經信息團隊在該領域進行了長達十余年的研究，并取得了重大突破。昨日，團隊成員向華商報記者現場展示了該技術的其中一種實驗模式。
實驗人員頭戴腦電檢測設備，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led燈組成，機器人和腦電檢測設備由無線方式進行信號傳輸，機器人實時運行圖像通過攝像機傳回到裝置顯示屏。實驗人員盯著裝置上方的燈，機器人就會向前行進，盯著下方的燈機器人就會向后退，左右分別是左拐和右拐。機器人行進到玩偶跟前，實驗人員通過眨眼，控制機器人將玩偶抓取或放下。
>>記者體驗
腦控機器人反應快 操作者不能開小差
為了進一步感受腦控技術，華商報記者親身體驗了腦控機器人的操作過程。
“腦電檢測設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)太厚可能會有影響。”謝松云教授邊給記者調試腦電檢測電極邊介紹。實驗人員將記者的頭發(fā)撥開戴上腦電檢測設備，實驗開始后記者先盯著視覺刺激裝置上方的燈，機器人立即開始向前行進，走到玩偶面前后記者眨眼，機器人很快就抓取到玩偶。隨后記者想讓機器人后退，但是看燈時沒能集中注意力，所以機器人并未做出相應動作，記者重新集中注意力后，機器人又很快按照腦控意愿完成了相應任務。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
大腦進行想象就能控制無人機左右運動
謝松云說，其實利用視覺刺激的方式進行腦控只是腦控技術的一種模式。而且通常意義上的腦控希望實現“腦子里怎么想，事物就怎樣運動”的效果，為此，他們研發(fā)了多模式腦控無人機系統，結合了視覺刺激、事件想象和眨眼三種模式控制無人機的飛行。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，只通過大腦進行特定任務的想象，激發(fā)出相應的腦特征信號。
據介紹，操作多模式腦控無人機時，視覺刺激控制無人機的上升、下降，事件想象控制無人機左前、右前運動，眨眼控制無人機的懸停。在前不久剛做的一次實驗中，團隊實驗人員就通過這三種模式實現了無人機的跨障礙、繞八字飛行。
>>原理解析
檢測腦電波后轉化為控制信號 實現腦控
謝松云介紹，人腦神經元活動時就會產生電信號，這些信號相疊加，就形成了腦電波。腦控技術的原理其實是通過對腦電波進行分析解碼，轉換為控制信號，進而實現對“事物”的控制，這些“事物”可以是設備裝置，甚至可以是生物體。
謝松云從2002年開始從事該領域的研究，“這是一個交叉學科的研究，包括神經生物學、信息學、自動化、計算機、心理學、醫(yī)學等。”謝松云說，人腦非常復雜，檢測到的腦電波非常微弱且噪音很大。生理刺激可以激發(fā)出相應的腦電特征信號，于是他們研發(fā)并自制出了視覺刺激裝置，通過燈光的閃爍對眼睛的刺激在大腦產生相應頻率的特征信號，四個頻率不同的信號可通過解碼形成四個腦控指令。人腦需要發(fā)出什么指令就看對應的燈，腦電檢測儀采集到相應的腦電信號并提取出來，通過分析處理轉換為控制信號，從而控制機器人按照人的意圖完成運行。
事件想象和意識眨眼兩種模式，同樣是利用腦電檢測儀采集相應的腦電信號，提取不同刺激模式下腦電信號所對應的不同特征，進而控制無人機的飛行。
>>研發(fā)進展
目前可實現1.5秒內完成 目標為1秒以內
謝松云說，他們所研發(fā)的腦控技術目前在世界上處于先進水平，實驗平均任務完成時間為1.5秒以內，因為從刺激產生到腦電信號的特征提取到轉換和控制需要一個過程，今后的研究目標為1秒之內。
謝松云介紹，其實腦控技術的難點在于腦電特征信號的提取，因為人類的大腦非常復雜，目前對于人腦的發(fā)掘卻很有限。目前腦部信號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”是將腦電檢測的電極通過外科手術植入大腦，這種方式采集的信號相對較強、穩(wěn)定性強，但這種方式需要在顱內植入電極，對人體造成一定的創(chuàng)傷，不方便長期使用。謝松云團隊研究的則是“非侵入式”，即在頭皮佩戴腦電檢測裝置。
>>應用前景
可廣泛應用于無人駕駛、工業(yè)控制等領域
腦控技術將得到怎樣的應用？謝松云介紹，可廣泛應用于無人駕駛、工業(yè)控制、教育、娛樂、助老/助殘設備和醫(yī)療領域。
無人駕駛方面，目前一個技術難點在于無人車通過人工智能方法提前學習各種路況后運行，但現實路況往往更加復雜多變，所以出現了無人駕駛汽車發(fā)生交通事故的現象。腦控技術的加入，可在發(fā)生事故的瞬間，及時發(fā)出各種警示和模式切換指令，從而避免交通事故。這也是謝松云團隊提出的“腦機一體化”概念，將大腦的智力和基于計算機技術的人工智能結合起來，將大腦作為計算機控制的一個組成部分，構成一個既有大腦的靈活和智能，又有計算機的高速和大容量的新型系統，提高系統的適應性和安全性。
另外，行動不便的殘疾人和老年人需要輪椅等輔助設備，腦控技術的加入會讓設備更加方便和智能。 華商報記者趙瑞利 攝影 黃利健
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