記者體驗“心想事成” 西工大腦控技術可控制無人機執行

時間：2018-05-05 07：12：48

編輯：王翠萍

作者：趙瑞利 黃利健

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科技的發展，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大學團隊研發的腦控技術，用人腦控制機器人和無人機執行。

>>現場演示

操作者盯著螢幕上的燈 機器人就會動

近日，好萊塢科幻電影《環太平洋2》正在熱映，片中主人公身處機甲戰士身體內，“主人”可以隨心所欲地控制機甲，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即“腦控技術”，用人的意念來控制機器等外部事物。西北工業大學電子資訊學院謝松雲教授所帶領的神經資訊團隊在該領域進行了長達十餘年的研究，並取得了重大突破。昨日，團隊成員向華商報記者現場展示了該技術的其中一種實驗模式。

實驗人員頭戴腦電檢測裝置，盯著面前的視覺刺激裝置，該裝置由電腦顯示屏和上下左右四個led燈組成，機器人和腦電檢測裝置由無線方式進行訊號傳輸，機器人實時執行影象透過攝像機傳回到裝置顯示屏。實驗人員盯著裝置上方的燈，機器人就會向前行進，盯著下方的燈機器人就會向後退，左右分別是左拐和右拐。機器人行進到玩偶跟前，實驗人員透過眨眼，控制機器人將玩偶抓取或放下。

　>>記者體驗

腦控機器人反應快 操作者不能開小差

為了進一步感受腦控技術，華商報記者親身體驗了腦控機器人的操作過程。

“腦電檢測裝置上的電極要緊貼頭皮，從而更好地採集腦電波，所以頭髮太厚可能會有影響。”謝松雲教授邊給記者除錯腦電檢測電極邊介紹。實驗人員將記者的頭髮撥開戴上腦電檢測裝置，實驗開始後記者先盯著視覺刺激裝置上方的燈，機器人立即開始向前行進，走到玩偶面前後記者眨眼，機器人很快就抓取到玩偶。隨後記者想讓機器人後退，但是看燈時沒能集中注意力，所以機器人並未做出相應動作，記者重新集中注意力後，機器人又很快按照腦控意願完成了相應任務。由於一直盯著燈看，記者感到眼睛有些疲勞。

“這就是這種模式的侷限性。”謝松雲說，這種模式需要集中注意力，但實際操作中很難做到不分神，眼睛的餘光也容易看到其他方向的燈，所以採集到的腦電波不一定就是單一的一種，容易發生偏差。

>>其他成果

大腦進行想象就能控制無人機左右運動

謝松雲說，其實利用視覺刺激的方式進行腦控只是腦控技術的一種模式。而且通常意義上的腦控希望實現“腦子裡怎麼想，事物就怎樣運動”的效果，為此，他們研發了多模式腦控無人機系統，結合了視覺刺激、事件想象和眨眼三種模式控制無人機的飛行。其中，想象模式就是大家所說的“意念控制”，無需外加刺激裝置，只通過大腦進行特定任務的想象，激發出相應的腦特徵訊號。

據介紹，操作多模式腦控無人機時，視覺刺激控制無人機的上升、下降，事件想象控制無人機左前、右前運動，眨眼控制無人機的懸停。在前不久剛做的一次實驗中，團隊實驗人員就透過這三種模式實現了無人機的跨障礙、繞八字飛行。

>>原理解析

檢測腦電波後轉化為控制訊號 實現腦控

謝松雲介紹，人腦神經元活動時就會產生電訊號，這些訊號相疊加，就形成了腦電波。腦控技術的原理其實是透過對腦電波進行分析解碼，轉換為控制訊號，進而實現對“事物”的控制，這些“事物”可以是裝置裝置，甚至可以是生物體。

謝松雲從2002年開始從事該領域的研究，“這是一個交叉學科的研究，包括神經生物學、資訊學、自動化、計算機、心理學、醫學等。”謝松雲說，人腦非常複雜，檢測到的腦電波非常微弱且噪音很大。生理刺激可以激發出相應的腦電特徵訊號，於是他們研發並自制出了視覺刺激裝置，透過燈光的閃爍對眼睛的刺激在大腦產生相應頻率的特徵訊號，四個頻率不同的訊號可透過解碼形成四個腦控指令。人腦需要發出什麼指令就看對應的燈，腦電檢測儀採集到相應的腦電訊號並提取出來，透過分析處理轉換為控制訊號，從而控制機器人按照人的意圖完成執行。

事件想象和意識眨眼兩種模式，同樣是利用腦電檢測儀採集相應的腦電訊號，提取不同刺激模式下腦電訊號所對應的不同特徵，進而控制無人機的飛行。

>>研發進展

目前可實現1.5秒內完成 目標為1秒以內

謝松雲說，他們所研發的腦控技術目前在世界上處於先進水平，實驗平均任務完成時間為1。5秒以內，因為從刺激產生到腦電訊號的特徵提取到轉換和控制需要一個過程，今後的研究目標為1秒之內。

謝松雲介紹，其實腦控技術的難點在於腦電特徵訊號的提取，因為人類的大腦非常複雜，目前對於人腦的發掘卻很有限。目前腦部訊號採集方式主要有兩種，腦植入電極的“侵入式”和無植入的“非侵入式”。“侵入式”是將腦電檢測的電極透過外科手術植入大腦，這種方式採集的訊號相對較強、穩定性強，但這種方式需要在顱內植入電極，對人體造成一定的創傷，不方便長期使用。謝松雲團隊研究的則是“非侵入式”，即在頭皮佩戴腦電檢測裝置。

>>應用前景

可廣泛應用於無人駕駛、工業控制等領域

腦控技術將得到怎樣的應用？謝松雲介紹，可廣泛應用於無人駕駛、工業控制、教育、娛樂、助老/助殘裝置和醫療領域。

無人駕駛方面，目前一個技術難點在於無人車透過人工智慧方法提前學習各種路況後執行，但現實路況往往更加複雜多變，所以出現了無人駕駛汽車發生交通事故的現象。腦控技術的加入，可在發生事故的瞬間，及時發出各種警示和模式切換指令，從而避免交通事故。這也是謝松雲團隊提出的“腦機一體化”概念，將大腦的智力和基於計算機技術的人工智慧結合起來，將大腦作為計算機控制的一個組成部分，構成一個既有大腦的靈活和智慧，又有計算機的高速和大容量的新型系統，提高系統的適應性和安全性。

另外，行動不便的殘疾人和老年人需要輪椅等輔助裝置，腦控技術的加入會讓裝置更加方便和智慧。 華商報記者趙瑞利 攝影 黃利健