檢測(cè)腦電波信號(hào)獲取意念 國(guó)產(chǎn)腦控機(jī)器人如“阿凡達(dá)”

 

　　目前，北京信息科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的多信息源（腦控+眼控）智能輪椅機(jī)器人、腦控餐桌機(jī)器人已經(jīng)具備類似的功能。在近期舉行的華北五省市區(qū)高校機(jī)器人大賽上，其中的腦控輪椅機(jī)器人項(xiàng)目一舉獲得機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計(jì)賽一等獎(jiǎng)。

 

　　目前這個(gè)腦控輪椅機(jī)器人通過(guò)對(duì)人腦電信號(hào)的分析可以獲取人的運(yùn)動(dòng)意愿，并利用眼球輔助檢測(cè)，從而控制輪椅

 

　　北京信息科技大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院副教授吳迎年是腦控輪椅機(jī)器人研發(fā)團(tuán)隊(duì)的指導(dǎo)教師，他介紹，這項(xiàng)研發(fā)最早可追溯到2014年，那時(shí)他們希望為中風(fēng)病人設(shè)計(jì)一款能提高生活質(zhì)量的輪椅輔具設(shè)備，讓病人無(wú)需他人幫助，便可自由行動(dòng)。

 

　　目前，通過(guò)檢測(cè)腦電波信號(hào)來(lái)感知人的意念，從而支配驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備，這在技術(shù)原理上已經(jīng)可行，但是，在國(guó)內(nèi)外，還沒(méi)有成熟的產(chǎn)品投入使用。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵是要設(shè)計(jì)出可靠且高效運(yùn)行的算法程序和控制系統(tǒng)，來(lái)完成腦電波信息與實(shí)體設(shè)備的匹配，從而使其準(zhǔn)確執(zhí)行大腦的命令。

 

　　大腦意識(shí)和神經(jīng)沖動(dòng)的基礎(chǔ)都是電信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩年研發(fā)，目前這個(gè)腦控輪椅機(jī)器人通過(guò)對(duì)人腦電信號(hào)的分析可以獲取人的運(yùn)動(dòng)意愿，并利用眼球輔助檢測(cè)，從而控制輪椅。這個(gè)腦控輪椅機(jī)器人采用全電力驅(qū)動(dòng)，由腦電信號(hào)采集器、眼動(dòng)儀、物聯(lián)網(wǎng)多信息源融合控制系統(tǒng)、輪椅、平板電腦等部件組成。

 

 

　　當(dāng)然，剛剛戴上頭盔的用戶還不能操控這個(gè)腦控輪椅機(jī)器人，首先你要讓系統(tǒng)“學(xué)習(xí)”大腦發(fā)出前進(jìn)、后退、向左、向右等意念所對(duì)應(yīng)的不同腦電波信號(hào)

 

　　吳迎年介紹，腦控輪椅機(jī)器人采用的是多信息源融合控制系統(tǒng)，它安裝有腦電波傳感器和眼動(dòng)儀，即“腦控+眼控”形式進(jìn)行控制，“我們?cè)?jīng)利用腦電波控制輪椅運(yùn)行，但是效果并不好，指令執(zhí)行的成功率僅有60%至70%，后來(lái)我們加入了眼動(dòng)儀測(cè)試輔助信號(hào)傳輸，目前指令執(zhí)行準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到90%。”使用者在使用時(shí)頭部戴上一個(gè)“頭盔”，“頭盔”上的16個(gè)“觸角”扣住了頭部的各個(gè)部位，采集人腦電波中的電信號(hào)指令，人坐在輪椅上，眼睛注視著前方屏幕即可。

 

　　當(dāng)然，剛剛戴上頭盔的用戶還不能操控這個(gè)腦控輪椅機(jī)器人，首先你要讓系統(tǒng)“學(xué)習(xí)”大腦發(fā)出前進(jìn)、后退、向左、向右等意念所對(duì)應(yīng)的不同腦電波信號(hào)。吳迎年說(shuō)，用戶無(wú)需真正做出這樣的動(dòng)作，只需想象它們即可，系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程大約需要10分鐘。當(dāng)傳感器完成學(xué)習(xí)后，用戶再次發(fā)出信號(hào)，傳感器就會(huì)根據(jù)這些信號(hào)代表的含義向輪椅的控制裝置發(fā)出指令。與此同時(shí)，用戶前方的平板電腦上有一個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行界面，界面上有一只小球，用戶要左轉(zhuǎn)時(shí)，頭腦中就想著左轉(zhuǎn)的動(dòng)作，眼球再微微向左移動(dòng)，腦電波傳感器和眼動(dòng)儀檢測(cè)到相應(yīng)信號(hào)并進(jìn)行信息融合處理，此刻電腦界面上的小球也會(huì)跟隨用戶的眼球移動(dòng)方向移動(dòng)，而輪椅則收到指令立即左轉(zhuǎn)。“隨著用戶日常使用中意念對(duì)于腦電波的反復(fù)強(qiáng)化，輪椅會(huì)變得越來(lái)越聰明，操控更靈敏。”吳迎年說(shuō)。

 

　　“系統(tǒng)設(shè)定出腦控輪椅機(jī)器人的運(yùn)行速度，在運(yùn)行時(shí)，為了保證用戶安全，發(fā)出一次指令，機(jī)器人運(yùn)行一至兩米，之后再給指令，才會(huì)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。”吳迎年表示，目前這套設(shè)備所有子系統(tǒng)全部采用無(wú)線信號(hào)傳輸，設(shè)備有很強(qiáng)的用戶友好性，系統(tǒng)使用快速便捷。

 

　　未來(lái)腦控輪椅機(jī)器人除了可以作為殘障人士和老年人的代步工具外，還可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的行進(jìn)路徑、當(dāng)前位置以及心跳、脈搏、血壓等生理指標(biāo)，并將所得數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳到云客戶端，以便醫(yī)生和家人隨時(shí)了解用戶的情況

 

　　研發(fā)兩年來(lái)，先后有數(shù)十位本科生和研究生參與到這個(gè)項(xiàng)目中來(lái)，目前已經(jīng)是第三代產(chǎn)品了，最早的腦電波控制智能輪椅并不是現(xiàn)在這個(gè)樣子，那時(shí)輪椅上加載的智能設(shè)備是由一根根線纜直接連接，不僅使輪椅的整體美觀程度大打折扣，而且各部件之間過(guò)多的線纜也導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的可靠性下降，例如，輪椅在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生顛簸，或者用戶不小心碰到線纜，都會(huì)使線纜發(fā)生松動(dòng)，線纜一松動(dòng)，輪椅就無(wú)法執(zhí)行腦電波的意圖命令。

 

　　目前，這個(gè)腦控輪椅機(jī)器人使用的無(wú)線模塊化控制系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)不僅在于大大提高了系統(tǒng)本身的可靠性，而且還可以隨意添加模塊，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。吳迎年說(shuō)，他們還添加了防撞系統(tǒng)和健康測(cè)試系統(tǒng)，未來(lái)腦控輪椅機(jī)器人除了可以作為殘障人士和老年人的代步工具外，還可以隨時(shí)監(jiān)測(cè)用戶的行進(jìn)路徑、當(dāng)前位置以及心跳、脈搏、血壓等生理指標(biāo)，并將所得數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程上傳到云客戶端，以便醫(yī)生和家人隨時(shí)了解用戶的情況。

 

　　研發(fā)團(tuán)隊(duì)的另一項(xiàng)發(fā)明腦控智能餐桌也使用了和腦控輪椅機(jī)器人相似的技術(shù)，它由三部可以自由運(yùn)行的全向輪、有機(jī)玻璃的桌面板和圓形平臺(tái)組成，可以在用戶的腦電波控制下自主移動(dòng)，“目前，腦控智能餐桌并沒(méi)有加入眼動(dòng)儀輔助信號(hào)傳輸裝置，未來(lái)，我們想在其中加入手勢(shì)控制系統(tǒng)，根據(jù)人的手勢(shì)便可使其移動(dòng)到指定位置，另外，還可以添加互聯(lián)網(wǎng)點(diǎn)餐功能，方便用戶使用。”他說(shuō)。