腦控機器人成養老助殘新希望 動動眼就能控制輪椅


腦控機器人成養老助殘新希望 動動眼就能控制輪椅

2021-01-06 人民日報海外網

摘要:和腦控賽車場地一樣熱鬧的,是上海交通大學和博睿康科技公司的展區,他們正同時進行著腦控無人機的表演賽。上海交通大學設計軟體康復機器人手套,可幫助中風患者恢復手部功能,使康復過程更符合人的生理機制。

只用動一動眼睛,就能控制輪椅前進後退

腦控機器人 養老助殘新希望

只用在心裡默想,就能讓眼前的物體飛起來;只用動一動眼睛,就能控制輪椅前進、後退、左右轉動;只用站在跑道集中注意力,就能讓小賽車飛速前進……

這些都不是科幻電影裡的場景,在世界機器人大會A館序廳二層,神奇的事兒正隨處上演,因爲這裡正在進行著BCI腦控機器人大賽。

BCI是Brain Computer Interface的縮寫,即腦機接口技術。這是神經科學和工程技術學科交叉產生的一項創新研究。首先,在人或動物腦與計算機等外部設備之間建立連接。其次,通過外部設備分析解讀腦電信息,將其轉化爲相應的動作指令。最後再通過無線電把指令傳遞給機器人或其他裝置,就達到了用「意念控制」的效果。

本次機器人大會,以表演賽的形式,展示了腦控技術在養老助殘、娛樂、教育等諸多方面的應用。

更好玩

用意念驅動賽車和無人機

浙江大學求是高等研究院展區是最受小朋友追捧的地方。在最里側的大長桌上放著曲折盤旋的長跑道,兩個男孩戴著耳機狀的設備站在桌子旁邊,專注地盯著前方,兩輛小賽車正在跑道上飛速前進。他們倆面前還各有一個記錄專注力數值的電子表。

求是高等研究院副院長——陳衛東教授介紹說,使用者的專注力值越高,賽車就跑得越快。「小朋友戴的設備是一個腦波儀,可以分析出大腦目前的專注力數值,當數值達到基本要求後,賽車會立即啓動」。這是腦控技術製成的一項高科技體驗型玩具,目前正在投入市場的過程中。

和腦控賽車場地一樣熱鬧的,是上海交通大學和博睿康科技公司的展區,他們正同時進行著腦控無人機的表演賽。

體驗者戴上電極帽,坐在電腦前,屏幕上顯示出幾個方向圖標。他只需要注視不同的圖標,就可以讓遠處的無人機起飛、降落、轉向。記者注意到,無人機旁邊放置了一個類似Wi-Fi盒子的信號發射器,博睿康科技公司的技術人員介紹,只有在發射器的信號覆蓋範圍內,無人機才能接收到人腦的指令。

上海交通大學的腦控無人機看起來更加簡便——沒有電腦,也不需要戴電極帽。體驗者戴上一個眼鏡之後,就可遠程控制無人機。該項目屬於上海交通大學生機電一體化課題組,課題負責人介紹,這個特殊的眼鏡可搜集體驗者的眼動信息,然後傳導到無人機上。所以只用動動眼球,就能讓無人機飛來飛去了。

「目前這項技術具有很高的準確性和穩定性,也不需要對使用者進行培訓,完全可以在日常生活中運用。」

更溫情

養老助殘的新希望

「在生命的最後階段,手也不能動了,話也不能說了,你可能會用到腦控輪椅。」華東理工大學腦機接口研究團隊負責人說。

課題組曾讓漸凍症患者坐上了裝置有腦控系統的輪椅。爲患者戴上電極帽後,他只需要看前方屏幕的不同位置,就可以控制輪椅進退。該項目負責人介紹,「有些漸凍症患者到了後期,眼睛也不好使了,我們就改爲收集聽覺信號。比如說左聲道代表前進,右聲道代表後退,雙聲道代表停止。給出一組聲音,當患者專注於聽哪一個聲音時,就執行該聲音代表的指令。當然比起視覺,聽覺反饋會更慢一些。」

華東理工大學旁邊,是北京信息科技大學腦電波輪椅團隊,他們就在現場演示著自己的腦控輪椅。記者看到,輪椅前方擱屏幕的地方,有三個紅外線發射孔。據介紹,這三個孔可以檢測出輪椅乘坐者的視線方位,同時將方位信號反饋給控制系統,再由該系統指揮輪椅前進後退。本次機器人大會上,同樣做腦控輪椅的,還有華南理工大學腦機接口與腦信息處理研究中心,他們的腦控輪椅是基於運動想像的。不需要外界給乘坐者提示和刺激,只需本人想像運動行爲,就能讓輪椅沿著相應的運動軌跡前行。

那麼,被多個高校關注的腦控輪椅離投入市場還有多遠?專程來爲醫療機構尋找合作項目的李先生表示,幾個腦控輪椅項目在除障方面都做得不夠完善,有的輪椅遇到障礙物就停下來,有的還沒有把遇到障礙物寫入程序。「上坡和下坡的過程中,無人狀態下也難以很好控制輪椅的速度。如果沒有防護裝置,容易對乘坐者造成傷害。」

更智能

感知心情好壞

在北京師範大學展區前,有一盞會自動變色的檯燈。它會感知到測試對象的心情好壞,如果他感到焦慮,燈會變成橙色,感到放鬆時,燈光會轉爲藍色。當然,測試對象還需要佩戴一個手環,讓自己的心跳、皮膚靜電等數據被手環上的晶片感知。數據分析轉碼後,傳遞出針對燈光顏色的不同指令。

這是北京師範大學信息交叉學科與智能研究院帶來的HRV生理數據手環。除此之外,他們還提供了腦電數據採集頭盔——

小朋友戴上腦電數據採集頭盔,坐在電視機的大屏幕前,屏幕上有一隻睡著的大貓。只要小朋友集中注意力,就能喚起它。通過約三分鐘的測試,可以搜集被測者的專注力水平。

據介紹,手環和頭盔採集來的數據將會被傳導到心理健康雲平台上進行分析,輸出科學的檢測報告。

「比如有些孩子每到考試,就會變得很焦慮。」負責項目講解的孫博告訴記者。針對這樣的情況,項目組會利用虛擬實境技術,給孩子一個類似考場的環境。讓他在反覆的刺激中學會調整心態。

同時,項目組還將生理數據收集應用於自閉症兒童的早期篩查。「通過分析三歲以下兒童的注意力、眼動、行爲數據,我們可以篩查出其中患自閉症的兒童。因爲三歲以下的孩子還不太會溝通,普通檢查很難判斷出自閉症,但是三歲之前是治療自閉症的有利時期。目前自閉症篩查項目已經獲得國家級立項,並已和多家醫院達成合作。」孫博告訴記者。

腦控技術的其他應用

除了這些,腦控項目還被應用於很多不同的領域——

應用於醫療康復:

天津大學神經工程與康復實驗室設計出了幫助全肢體中風病人康復的人工神經機器人系統——「神工一號」、「神工二號」。目前在多地臨牀測試成功,受益患者超過3000例。

上海交通大學設計軟體康復機器人手套,可幫助中風患者恢復手部功能,使康復過程更符合人的生理機制。

博睿康公司的機械外骨骼,可將大腦想像轉化爲機械肢體運動,進行主動康復訓練,讓輪椅上的人重獲行走的可能。

應用於航天領域:

天津大學的腦機交互系統被「天宮二號」和「神州十一號」飛船帶上太空。「在太空環境下,太空人完成複雜操作會受到極大限制,我們想將航天員的思維活動轉化爲操作指令,讓他們通過腦活動就能操控設備。」天津大學神經工程與康復實驗室明東教授表示。

應用於智能家居:

「如果有一天,你回到家特別累,躺在沙發上不想動。這時候,只用專注地想一想開燈,房間的燈打開。如果你心情不好,燈光會變成可以安撫情緒的淡黃色。家裡的燈可以隨著你的睡熟而慢慢變暗、熄滅,而不是一下子滅掉。你還可以把家裡的遙控器集中在一起,用意念開空調、開電視機,這些事情都可以通過人機接口技術慢慢實現。」北京心智計算科技有限公司的負責人告訴記者。現在他們正與北京師範大學開展合作,探索腦控技術在教育領域、物聯網技術等方面的應用。實習記者 謝宇航

責編:海聞

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