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Science Robotics近日刊登CMU重大突破,无需手术,普通人就能用意念操控机械臂

www.spirmateria.com2019-07-10
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Science Robotics最近发表了CMU的重大突破,无需手术,普通人可以用心灵来操纵机器人手臂

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用意识来控制物体似乎一直是科幻电影中的超级力量

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事实上,科学家们已经将这种超能力带到了现实生活中。然而,成功控制诸如机器人手臂之类的装置的脑 - 计算机接口技术必须通过手术植入人脑中的电极,芯片等。

历史上第一个成功的非侵入式心灵控制机器人

现在,卡内基梅隆大学(CMU)生物医学工程系教授何斌开发了一种脑 - 计算机界面,可以非侵入性地连接到大脑,让人们可以控制连续快速的运动。机器人手臂。

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▲用户使用BCI控制机器人手臂稳定并持续跟随移动光标

据报道,在传统的控制二维平面光标移动的任务中,与非侵入式BCI相比,这种新的BCI学习效果提高了近60%。研究人员还开发了一种更接近现实的情境,即用户使用运动想象来不断追踪随机移动光标,并且任务的学习成绩增加了五倍以上。

论文地址:

侵入性和非侵入性脑 - 计算机接口

连接人脑和机器的重要步骤是获得电信号,其主要分为侵入性和非侵入性脑 - 计算机接口。

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侵入性脑 - 计算机接口需要将电极手术植入头部以实现EEG信号的获取。这样做的好处是可以直接从大脑皮层获得信息,这可以避免由于长距离传输而导致的神经信号的衰减。通过该技术记录的信号具有非常高的信噪比和良好的分辨率。

已经证明从脑植入电极感测的信号可以控制机器人装置的良好性能。

但问题也很明显。首先,植入过程存在潜在风险。其次,电极很难准确地植入相应的脑区。随着时间的推移,电极也被瘢痕组织覆盖。信号将大大削弱,需要重新植入。

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非侵入性脑 - 计算机接口不需要手术来直接从人类头皮表面记录神经信号。这种方法对人体的伤害很小,与侵入性脑 - 计算机界面相比,人类可以节省大量的训练时间。

这种方式的问题也很明显。因为它在大脑之外,所获得的神经信号更容易受到噪声干扰,并且强度远小于脑 - 计算机接口的强度。这是非侵入性脑 - 计算机接口要解决的紧迫问题。

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新结果的重要价值

这一次,卡内基梅隆大学和明尼苏达大学的研究人员在非侵入性脑机接口领域取得了突破。通过使用新颖的传感和机器学习技术,研究人员的设备可以访问大脑深处的信号,以便对机器人手臂进行高分辨率控制。通过非侵入性神经成像和新型连续跟踪范例,克服了噪声EEG信号,显着改善了基于EEG的神经解码,并促进了实时连续2-D机器人设备控制。

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迄今为止,该技术已经在68个身体健康的人类受试者(每个受试者最多10个)上进行了测试,包括虚拟设备控制和用于连续跟踪的机械臂控制。同时,该技术可以直接应用于患者,并且该团队计划在不久的将来进行临床试验。

科幻小说最终将成为现实

一位跟随《挑战不可能》的朋友,可能还记得一位特殊类型的逐渐冷冻患者王佳。他利用清华大学医学院神经工程团队带来的无创脑计算机界面来完成不可能的挑战。

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由于“逐渐患病”,王佳失去了体育的所有功能。清华大学神经工程团队为王佳创建了一个无创的脑机接口打字系统,通过解码视觉神经信号完成了打字。任务。这重新建立了王佳与世界的联系。

事实上,目前脑机接口技术的主要目标群体是像王佳这样的残疾人,为他们尽可能地恢复与世界的联系。

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在未来,脑机接口技术也将走向大众,摆脱各种操作面板,鼠标,键盘,并通过人类思维直接控制计算机和机器,这绝对是未来脑机接口的方向。正如卡内基梅隆大学生物医学工程系主任何斌教授所说:“这项技术有朝一日可能成为每个人的普遍援助,就像智能手机一样。”

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