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西工大腦控?zé)o人機(jī)運(yùn)行

發(fā)布日期:2018-05-05??來(lái)源:華商報(bào)我要投稿我要評(píng)論
西工大腦控技術(shù)可控制無(wú)人機(jī)運(yùn)行

西工大腦控技術(shù)可控制無(wú)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(wú)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(lái)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(jué)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(wú)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(guò)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(guò)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(kāi)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(guò)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(kāi)戴上腦電檢測(cè)設(shè)備,實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后記者先盯著視覺(jué)刺激裝置上方的燈,機(jī)器人立即開(kāi)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(méi)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(shuō),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(wú)人機(jī)左右運(yùn)動(dòng)

謝松云說(shuō),其實(shí)利用視覺(jué)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(jué)刺激、事件想象和眨眼三種模式控制無(wú)人機(jī)的飛行。其中,想象模式就是大家所說(shuō)的“意念控制”,無(wú)需外加刺激裝置,只通過(guò)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(jué)刺激控制無(wú)人機(jī)的上升、下降,事件想象控制無(wú)人機(jī)左前、右前運(yùn)動(dòng),眨眼控制無(wú)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(guò)這三種模式實(shí)現(xiàn)了無(wú)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(guò)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(kāi)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(shuō),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(jué)刺激裝置,通過(guò)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(guò)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(lái),通過(guò)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(wú)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(shuō),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(guò)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(wú)植入的“非侵入式”。“侵入式”是將腦電檢測(cè)的電極通過(guò)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(wú)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(wú)人駕駛、工業(yè)控制、教育、娛樂(lè)、助老/助殘?jiān)O(shè)備和醫(yī)療領(lǐng)域。

無(wú)人駕駛方面,目前一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)在于無(wú)人車通過(guò)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(wú)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(lái),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

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