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  • 用意念控制机器人,你想做阿凡达还是钢铁侠?

       在电影《阿凡达》中,人们可以用意念控制躯体;《钢铁侠》里斯塔克用意念控制盔甲;《EVA》里的主角们也用意念操控机甲战斗,这些只是科幻电影里的情节?不,这在不久的将来就能成为现实。
    用意念控制机器人,你想做阿凡达还是钢铁侠?
      为了让机器人按照人类想法行事,它们就得理解我们。很多时候,这意味着不得不做出妥协:教机器学懂得人类语言的玄妙,比如,为它们提供特定任务的具体指令。但是,如果可以研发出一种类似人类自然延伸的机器人,让它们可以按照我们的想法自如行动,又会怎么样?
    用意念控制机器人,你想做阿凡达还是钢铁侠?
      多个研究团队都曾研发出能依照脑中所想而行动的机器人,甚至是能辅助残疾人走路的机械骨架。它们也是靠脑电波来实现人机交流的。通常,一个实验对象头戴嵌入电极的传感器,想象机器人的动作,将脑电波信号传入计算机中,计算机再将脑电波信号处理成指挥机器人的指令。
     
      由瑞士洛桑联邦理工学院神经修复中心研发的脑机接口技术(brain-computer interface,BCI),人们可以实现大脑意念对外部设备的控制。而麻省理工学院的计算机科学和人工智能实验室(CSAIL)的团队和波士顿大学也正在攻克这一难题,他们打造出了一种反馈系统,这款 MIT 研发出的反馈系统能够让人类操作者仅通过大脑信号就能实时纠正机器人做出的选择。
    用意念控制机器人,你想做阿凡达还是钢铁侠?
      瘫痪的少年通过由脑电波控制的机器外骨骼踢出世界杯的第一脚球
     
      2014年巴西世界杯期间,一名腰部以下瘫痪的少年通过由脑电波控制的机器外骨骼踢出世界杯的第一脚球,利用的就是BCI技术。自2008年遭受6级骨髓损伤后,亚当?福瑞兹(Adam Fritz)行走一直要靠假肢支撑,而最近在BCI技术的帮助下,亚当终于能够再一次自己独立行走。
     
      现在,研究人员又将目光转向机器人,研究如何通过BCI技术实现对机器人的控制。上图中的机器人实际上就是带轮子的笔记本电脑,目前人们只能通过BCI技术对这个机器人进行左转、右转或前进的控制。但这个机器人拥有自主能力,能够在活动中避开障碍物。
     
      人们可以通过两种方式使用BCI技术:一种是在大脑中植入一种芯片,另一种是佩戴脑电图头盔,后者会将扁平的金属片与人的头皮相接触来测量人体脑电波。头盔获取的脑电波会通过一个小型放大器被无线传输到电脑上,以此实现对机器人的控制。
    用意念控制机器人,你想做阿凡达还是钢铁侠?
      美军要用脑波控制无人机
     
      脑电波的研究已经超过百年,不过除了在医疗上有一些应用,比如帮助瘫痪者移动四肢,一直处于研究阶段。现在,有研究者将目光转向了无人机。
     
      如果控制者想让无人机铺展开来,研究者能够知道控制这种想法的是大脑的哪一部分。思想会通过蓝牙与机器人通信。在控制多架无人机移动时,控制者需要盯住显示屏和图像,观察无人机是如何执行各种任务的。研究人员称:“我们拥有一套动作捕捉系统,它可以知道四旋翼无人机的位置,我们改变无人机的距离,无人机就会做出相应的调整。”
     
      “现在存在的问题有两个方面:一方面是脑电波技术还无法充分的将人的思维提取出来并转化成数字信号。只能进行非常有限而且基础的脑机交互。因此无法实现对无人机的精确控制,比如说想仅通过脑电技术控制无人机在任意环境下自如穿梭,这是不可能的。但是通过预设程序和指令触发的形式让无人机去做一些特定场景下的固定操作是可行的,比如让无人机起飞,并做一个简单的翻滚机动,这个是可以的。
     
      另一方面就是对操作人员会有一定的要求,操作的人员需要进行一定的训练,去熟悉这种新的操作方式,而且这种操作可能并不是一种很直观的“意念操作”。比如想要让无人机起飞可能并不是操作员在脑中默默地发出一个“起飞”的指令,而是需要他通过调整思绪和情绪来控制自己的专注力,当专注力达到某个程度的时候才会触发无人机起飞。因此对操作员的要求也会比较高。”
    用意念控制机器人,你想做阿凡达还是钢铁侠?
      焊工用脑波控制机器臂,获得了印尼“钢铁侠”的称号
     
      印尼焊工Wayan Sutawan左臂瘫痪,为了控制自己的左臂,他打造了一个据说能用脑波信号控制的机器人设备,而这为他赢得了印尼“钢铁侠”的称号。
     
      Sutawan的机械臂结构比较庞大,颇具机械朋克之感。穿戴好机械臂之后,他戴上了自己制作的脑波头带。然后他集中了一会儿精神,我们就看到机械臂竟然奇迹般地抽搐了一下!然后他似乎就能完全控制这条机器臂了,我们甚至可以看到他能使用机器臂来完成一些较为精细的任务。另外,他还能使用这条机器臂举起10公斤的重物。
     
      Sutawan的故事已经在社交网站上引起了风波,但有些人并不相信,觉得他的故事并不合理。瘫痪是控制特定部位运动功能的脑细胞死亡后发生的,瘫痪后大脑无法再发出控制这部分身体运动的指令。所以要说一个头带能够“读取”大脑信号并将其传送给机器臂,实在有些可疑。
     
      而且就算这个头带能够读取已死亡的脑细胞的脑波,它也应该有一个能够存储脑波信号并将其转换成控制电机的电信号的处理器,这个处理器在哪里?马来西亚科技网站SoyaCincau质疑说:“他是怎么完成如此复杂的编程的?他是使用怎样的超级计算能力来消化所有这些数据的?”到目前为止,这些问题还未得到解答。
     
      真是一个现实版的钢铁侠故事,希望能有人能更深入地了解一下这个开创性的发明到底,
     
      检测脑电波信号获取意念,国产脑控机器人如“阿凡达”
     
      除了国外的研究,国内也有很多相关研究与运用,比如北京信息科技大学团队研发的多信息源(脑控+眼控)智能轮椅机器人、脑控餐桌机器人已经具备类似的功能。在近期举行的华北五省市区高校机器人大赛上,其中的脑控轮椅机器人项目一举获得机器人创意设计赛一等奖。
     
      目前这个脑控轮椅机器人通过对人脑电信号的分析可以获取人的运动意愿,并利用眼球辅助检测,从而控制轮椅。
     
      研究者介绍,脑控轮椅机器人采用的是多信息源融合控制系统,它安装有脑电波传感器和眼动仪,即“脑控+眼控”形式进行控制,“我们曾经利用脑电波控制轮椅运行,但是效果并不好,指令执行的成功率仅有60%至70%,后来我们加入了眼动仪测试辅助信号传输,目前指令执行准确率已经达到90%。”使用者在使用时头部戴上一个“头盔”,“头盔”上的16个“触角”扣住了头部的各个部位,采集人脑电波中的电信号指令,人坐在轮椅上,眼睛注视着前方屏幕即可。
     
      研发团队的另一项发明脑控智能餐桌也使用了和脑控轮椅机器人相似的技术,它由三部可以自由运行的全向轮、有机玻璃的桌面板和圆形平台组成,可以在用户的脑电波控制下自主移动,“目前,脑控智能餐桌并没有加入眼动仪辅助信号传输装置,未来,我们想在其中加入手势控制系统,根据人的手势便可使其移动到指定位置,另外,还可以添加互联网点餐功能,方便用户使用。”他说。
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