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贴片“膏药”就能意念操控轮椅,准确率超90%_凤

你想象的脑机接口,是不是要带个帽子,上面有很多洞洞,把脑袋搞成一个蜂窝?

我司一璞蜜斯姐

不不不,现在不用了。

只要在脖子后面贴一张薄薄的软软的“膏药”,再套一条时尚的发带,不用植入任何设备,也不用打针稀罕的试剂,就能用意念来节制机械了。

比如,脑电波操控轮椅:

来自老番茄

啊纰谬,是这个:

已加速

提高,退却撤退,左转,右转。

系统能读懂人的心,颠末6小我类切身测试,接管每个指令的准确率,都跨越了90%。

这样,高位截瘫的人类,动动脑筋就可以出去玩了。

这是佐治亚理工学院的Woon-Hong Yeo教授,带领团队成员,借用深度进修开拓出的新型脑机接口,登上了Nature的机械智能子刊。

它不止能布置轮椅,还能赞助小机械人机动走位:

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它很薄,但很有深度

佐治亚理工学院的这套可穿着脑机接口,显然比传统设备轻便许多,只有一条发带,和一贴“膏药”。

他们为其取名SKINTRONICS。

这一套新设备,着实是新型纳米膜电极,柔性电子设备和深度进修算法结合的产物。

在硬件上,主要有三个组成部分。

首先,是高度机动的,安装在头发上的电极。电极可以通偏引发与头皮直接打仗。

传统的“湿”电极与导电凝胶耦合,以充分捕获旌旗灯号,必要花费大年夜量的光阴来设置并进行按期掩护。此外,水基凝胶还会跟着光阴的流逝而蒸发,导致皮肤电极打仗阻抗衰减。

比拟之下,SKINTRONICS采纳的干电极,机能更为优秀。

当施加稍微的向下压力时,干发电极的导电挠性弹性体支腿会稍微伸开,与头皮更好地打仗。

其次,是超薄纳米膜电极。

这一块皮肤状电极具有网眼布局,采纳气溶胶喷射印刷,可以拉伸。这样的设计能削减运动伪影,并增强皮肤与电极之间的打仗阻抗。

全部系统实际采纳了三个弹性头皮电极,用发带固定。而皮肤状印刷电极则被放置在耳后,经由过程柔性薄膜电缆连接到SKINTRONICS系统中。

着末,便是那块“膏药”——柔性无线电子设备。

经由过程微细加工技巧,材料转移印刷和软硬件部件集成的一套组合拳,多通道柔性电子系统被封装在柔嫩的弹性膜中。

柔嫩到纵然弯折180°,也不会对设备孕育发生晦气影响。

这一块柔性电路集成了蓝牙模块,大年夜脑记录的脑电图数据会在此中进行处置惩罚,然后经由过程蓝牙传输到电脑上,有效范围为15米。

不过,光靠传感器是不敷的。

横在眼前的还有两个难题:

一是,SSVEP旌旗灯号对照低,在几十微伏的范围,和身段里的电噪音很靠近。 以是,这样的旌旗灯号不轻易阐发。

二是,人类的大年夜脑有个体差异,每小我发出的旌旗灯号都邑有所不合,轻易影响系统对用户指令的理解。

假如理解有误差,就没法子按照人类的设法主见,来操控轮椅了。

以是,钻研职员想到了深度进修。

一只CNN要学会根据脑电旌旗灯号,准确阐发出人类的指令。

而人类发出指令的要领,是做出某个动作:闭眼、看上面、看下面、看左边、看右边。不合的动作,有不合的脑电旌旗灯号:

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AI按照频率 (Hz) 的不合,把旌旗灯号分成了5类,对应的指令是:

一是无动作,二是往前走,三是逆时针,四是顺时针,五是往退却撤退。

练习好的CNN,学到了一套权重,对分类更有赞助的参数,可以拎出来。

由于,它们代表了那些电极所在的点位,发出的旌旗灯号加倍有用。终究,不合位置劳绩的旌旗灯号质量并不一样。

淘汰一部分获守旌旗灯号不给力的电极,可以有效削减传感器的数量。只保留位置最佳的电极,也有助于AI理解人类的意图。

钻研职员说,AI不必要提前懂得特定的旌旗灯号种类,深度进修在传统措施很难分化出特性的环境下,就派上了用处。

离线练习完成之后,团队在6小我类身长进行了轮椅节制测试。

结果,AI对4种指令的判断,准确率都在90%以上:

成功了。

不过,就像开首提到的那样,这一套指令不止能拿来节制轮椅。

小机械人的走位,也可以靠它布置:

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就连播放课件的时刻,也用得上:

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大年夜概,也能拿来打游戏吧。

当然,这项钻研的代价,还不止于此。

助力病理钻研

经典的EEG(脑电图)系统必须覆盖大年夜部分头皮才能得到旌旗灯号,在利用傍边,无疑给应用者带来了身段和生理上的双重压力。

而这样小型、可穿着式的脑机接口设备,将改变这一现状,为运动障碍人士带来更多的便利。

论文的通讯作者Woon-Hong Yeo先容说,下一步钻研,将集中在完全弹性的,无线自粘式电极的钻研上。这样的电极可以直接安装在有头发的头皮上,无需再借发带之力。

并且,他们会进一步将电子器件小型化,以集成更多电极。这样,SKINTRONICS系统将能用来检测运动障碍者的运动诱发电位或运动心像(Motor Imagination),办事于未来的治疗利用钻研。

注:运动心像,是人在生理上模拟/排练某种动作的历程,可用作精神康复。

在另一位论文作者Audrey Duarte的一项就寝钻研中,就已经用上了这套简单的EEG监测系统,来监测人们在自己家中睡觉时的神经活动。

应用以往的设备,这类钻研只能在实验室中进行,还会让受试者认为相称不惬意。

或许,阿尔兹海默症等繁杂病症的神经病理学钻研,也将从此处得到新的冲破。

钻研团队

论文的通讯作者,是佐治亚理工学院机器工程学院和生物医学工程系的助理教授Woon-Hong Yeo。

Woon-Hong Yeo本科卒业于韩国仁荷大年夜学,2011年在华盛顿大年夜学拿到博士学位,17年景为佐治亚理工学院的助理教授。

一作Musa Mahmood是Woon-Hong Yeo的学生,从弗吉尼亚联邦大年夜学(VCU)一起追随Yeo来到佐治亚理工学院,今朝在Yeo的课题组读博。

钻研团队还包括Yeo课题组的Yun-Soung Kim,Saswat Mishra和Robert Herbert,以及佐治亚理工学院生理学学院副教授Audrey Duarte,肯特大年夜学的Deogratias Mzurikwao,和威奇托州立大年夜学的Yongkuk Lee。

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