穿山甲礼服?未来脑机接口的电极”衣服”长这样?

时间:2020-10-27 相关资料下载
还记得去年马斯克的 Neuralink 公司发布的脑机接口系统吗?一台像缝纫机的神经外科手术机器人,一排植入大脑传递数据的细线,一块读取大脑信号的电子芯片,就能让你用意识改变现实。



这其实就是脑机交互在神经科学领域的应用,这样的研究可以说是打开了“潘多拉魔盒”,但也可能是为人类带来了“福音”,为脑机交互、人类神经系统疾病的治疗、脑科学、神经认知科学和人工智能等的发展,开辟无限的可能。

脑机交互,是一项真正的颠覆性技术,具代表性的医-工结合及其与自然科学的交叉融合就是最好的证明。人类对于脑机接口的探索已经持续了多年。20 世纪 90 年代中期以来,从实验中获得的此类知识呈显著增长。在多年来动物实验的实践基础上,应用于人体的早期植入设备被设计及制造出来,用于恢复损伤的听觉、视觉和肢体运动能力。



当然,除了马斯克 Neuralink 公司的研究,国内外各大高科技公司都在该领域积极探索创新,同时不断与其他领域进行结合发展。

近日,在奥地利林茨举行的电子艺术节Ars Electronica Festival上,展示了一件引人注目的连衣裙,这件衣服展示了一种超低能耗,高分辨率的脑机接口,它非常灵敏,穿上它,你仅仅想了一下要移动一根手指,它就可以识别出哪根手指,而无需植入。可以说这件衣服是艺术和高科技的一次完美的结合。



这件衣服是奥地利约翰内斯·开普勒大学林茨分校JKU的研究人员联合医疗工程公司G.tec的开发人员以及时装技术设计师Anouk Wipprecht共同合作的一套特别的脑机接口装置,其实它看着更像一套有用神奇功能的礼服,研究人员给它命名为Pangolin dress穿山甲礼服。



据IEEE报道,Pangolin dress 包含64组,每组16个即共1,024个单独的头戴式电极。这些电极检测来自大脑的电信号。这些传感器收集到的数据被组合,分析并转换为由32个Neopixel LED和32个伺服驱动的秤显示的颜色,从而创建了神经活动的全身可视化。

研究人员表示,通过1024个独立通道,你甚至可以获得单个手指的分辨率。这是表面电极通常无法做到的,如果要做到这一点,你需要植入物。

更加神奇和酷炫的是,Pangolin dress礼服能够展示穿戴者的意念,比如对穿戴者所处的精神状态以不同颜色反映出来,比如紧张的时候展示白色、平静的状态时展示蓝色、沉思时展示紫色等等。



该件礼服的技术进步在于连接到每个电极的新定制芯片。该单通道芯片侧面尺寸为1.6毫米,集成了一个放大器、一个模数转换器ADC和一个数字信号处理器,其功耗特别小。

以无线方式为芯片供电和通信将消除将患者束缚于有线系统中的测试系统的需要,甚至消除了医疗设备的体积和重量。



但是,由于大脑各不相同,因此识别此类细粒度的细节需要使用机器学习来识别与不同运动相关的模式,从而针对各个佩戴者对系统进行校准。同时,肢体瘫痪或缺失的患者也能够使用该技术,可以应用于控制外骨骼。



未来是个万物互联的时代,而脑机交互的蓬勃发展,让我们看到未来更多的可能。

思铺学院·寒假脑机交互与智能硬件挑战营,结合了美国密歇根大学和我国浙江大学脑机交 互基础课程,让学员了解最新的脑机交互发展趋势,体会脑电波控制机器人、控制 他人手臂运动等尖端领域的实验。然后通过课程学习,让学员能够通过自己编程实 现脑神经信号(EEG)、心电信号(ECG)和肌电信号(EMG)的读取、过滤和处 理,并进一步与控制器(如Arduino等)、执行器(如机械手等)结合起来,完成 神经信号传感、肌肉运动识别、仿生假肢操纵等相关科学挑战任务。


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