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用脑电波完成书写 “哪吒”送来天大科技“福”

新京报 21-02-10 114

“眼睛注视着这个方块……”新春来临之际,天津大学神经工程团队的研究生刘洋、罗睿心坐在电脑前,头戴仪器,用眼睛盯住视图书写板上的黑点,聚精会神地“完成一件大事”。

电脑的另一端,连着一条机械臂,机械臂末端装有一支毛笔。两名学生运用脑电波操作了智能机械臂,合作书写了一张“福”字,为大家送上天大的科技“福”。

双人齐心协力让机械臂“听话”

记者获悉,两名学生体验的技术是天津大学神经工程团队研发的脑机接口(BCI)系列最新成果——一台名为“哪吒”的脑控智臂机器人系统。这是目前国际上最大指令集高速BCI系统,由我国独立自主研发,具有完全自主知识产权。

但是,让“哪吒”听话,似乎并不是那么容易。刘洋和罗睿心告诉记者,笔画一共13画的“福”字,两人合作完成,一共花了3分钟的时间。“一个人操作要用6分钟左右,我们就分工完成。一个人负责书写‘福’字的偏旁和右边的‘口’,另一个人负责书写‘福’字右上的横和下面的‘田’。这样分工两个人的工作量基本相当,速度也最快。”

两名同学表示,在操作的过程中,需要他们的注意力非常集中,眼神要盯住屏幕上的点。随后,‘哪吒’可以识别出与笔划端点相对应的脑电特征,待其快速闪烁四次确认后,将其转化为引导机械臂运动的空间坐标,并控制机械臂进行连点成线的笔划书写,最终成字。

揭秘“哪吒”背后的技术创新

如此科技感满满的“福”字,背后原理是什么?

据项目负责人天津大学神经工程团队博士研究生韩锦介绍,“哪吒”多脑协控智臂系统可以通过戴在多位协作者头上的“电极帽”捕获他们的头皮脑电波,经过解码融合各方的合作意图指令,进而控制机械臂执行相应操作。

据了解,该双人协作脑控机械臂于2020年5月开始开发,相比于单人脑控机械臂,多人合作效率更高,可以更好地完成任务。目前,大部分汉字都可以通过该机械臂完成写作。

两名学生协同作业,实现难度也升了级。据介绍,为了实现多脑对同一任务的“无冲突”操控,团队设计了“哪吒”特定的作业分配和刺激编码策略。以书写为例,“哪吒”智能机械臂就可以将脑-机接口子系统的多维脑控视图指令映射转化为统一的6D空间坐标,从而实现多脑控一臂的汉字书写。

事实上,“哪吒”神来之“笔”背后的高性能脑-机接口技术不仅可以写字,还在医疗康复、航空航天等领域展现出巨大的应用潜力。天津脑科学中心主任助理、天津大学医学工程与转化医学研究院副教授许敏鹏介绍,近期,天津大学团队还开发了脑控无人机系统,首次实现了单人对无人机自由度的连续控制,扩宽了新一代人机混合系统的应用场景。

“脑机接口技术已经在医疗康复等领域实现初步应用,未来的脑控系统也许会彻底颠覆现有的人机交互方式,人与人的交流不仅停留在语音或文字,还可能通过心灵进行沟通。”许敏鹏说。

新京报记者 戚望 校对 杨许丽 

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