脑机接口(brain-computer interface,BCI),是在人或动物脑与外部设备间建立直接连接通路,使得人可以直接通过脑来表达想法或操纵设备。目前该领域的相关研究日益成熟,曾经只存在于科幻作品当中的“脑控机器人”正在走出实验室,进入寻常百姓家。

近日,在第十七届国际装备制造博览会上,沈阳新松机器人自动化股份有限公司(以下简称“新松机器人”)发布了新产品脑波控制机器人I型和II型,分别面向医院与家庭用户。据介绍,两款机器人主要用于心理教育与治疗领域,可用于训练正常儿童以及自闭症、多动症、智力障碍等特殊儿童的专注能力和自我学习能力。使用者通过佩戴脑波仪检测脑电波参数,系统根据测评结果评估使用者大脑的信息加工能力、主义注意。

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从外型看,I型机器人与成年人身形相仿,而II型则高约1米,相对小巧,侧重于儿童用户。机器人装备的脑波仪呈黑色环状,内有3个电极。据新松公司医疗健康机器人事业部负责人田学咏介绍,脑波仪可检测包括α、β、γ波在内的8种脑波参数,其中前三种参数是主要的参考标准。

田学咏表示,新松推出的脑控机器人的最大特点即是能够用思想控制运动。使用者只需集中注意力,想象机器人在运动,机器人便会做出前后走动与左右转动等简单的动作。借助这一功能,自闭症儿童能够进行认知训练,并借助娱乐活动从自己的世界中走出来。他还表示,该款产品的最大技术亮点是将脑部信息和机器人的控制直接联系在一起。“脑控BCI借口采用数据分析,再跟机器人运动底层配合起来,防止信号的多样化,对信号进行滤波,将信号的真实性采集出来,因为人脑的信号比较弱。”田学咏说。

据资料显示,新松机器人成立于2000年,是隶属于中国科学院沈阳自动化研究所的一家上市企业。目前,新松公司在工业机器人领域优势较大,同时也具备洁净机器人、移动机器人、特种机器人等其他产品线。今年上半年,新松公司营收额达到12.3亿元,同比增长19.9%,其中工业机器人业务的营收额达到3.7亿元。

据新松公司介绍,该款脑控机器人“填补了国内脑电技术控制机器人的空白”。澎湃新闻在电商网站以"脑控机器人"作为关键词搜索,发现一款由脑波控制的蜘蛛玩具销路较好,但是该款玩具的生产商智慧资产(MindAsset)公司同时牵扯上区块链技术,鼓励其用户用脑波控制仪“挖矿”,还采用招收代理的模式进行销售,被指存在传销嫌疑。目前,其官方网站已无法打开。除此以外,电商网站上还有另一款曾出现在某综艺节目中的脑控无人机产品,售价在1400元左右。

澎湃新闻进一步查询发现,国外在脑机接口产品的商业化方面更为成熟。如,一家名为EMOTIV的公司有三款脑机接口头戴设备在售,售价从299美元至2100美元不等。其中,价格适中的一款名为EPOC+的产品拥有14个脑波采集点,售价799美元,一位名为LeelaKrishna的外国网友凭借该款设备搭配配套软件,自行设计出由意念控制的机械手臂。

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事实上,夺人眼球的脑控机器人只是脑机接口众多研究方向中的一个。华南理工大学自动化科学与工程学院副教授顾正晖对澎湃新闻(www.thepaper.cn)表示,目前国内出现了一些从事脑机接口技术研究的企业,不过从技术水平和成果质量来看,主要研究成果集中在各大高校。与国外相比,中国脑机接口研究从技术成熟度、设备复杂度、控制准确性、控制速度等指标来看都达到了国际先进水平,而在应用层面上,国内外水平相近。国内方面,有清华大学团队研发的高速字符拼写系统,天津大学团队研制的航天在轨脑机交互系统,西安交通大学团队研制的脑控外骨骼系统,以及华南理工团队研发的脑控智慧家居系统等等。

国外较具代表性的研究成果有:明尼苏达大学研制的脑控无人机,辛辛那提大学研制的残疾人运动康复系统,奥地利格拉茨理工大学团队研制的脑控假肢控制系统等。上述成果大多采用佩戴式的脑电采集器,配以运动想象或视觉诱发来控制,在此之外,Neuralink等国外团队和企业希望通过向大脑内部植入脑芯片来实现脑控,相关研究正在进行中。

顾正晖表示,脑机接口技术的现有挑战主要包括采集电极与毛发接触的舒适性、信号质量的稳定性以及可穿戴设备的功耗问题。并且脑信号、其它生理信号、环境感知等多模态信号融合分析与脑活动状态快速准确判读依然存在挑战,缺乏理论框架和有效模型,整体效率有待进一步提高。“将脑电波转化为机器行为则需要使用脑机接口系统对神经系统电活动和特征信号的收集、处理、识别、解码及转化等一系列步骤,最终将生成的指令传递给指定的机器终端,其中每一步都存在理论和应用方面的难题,需要科研人员钻研解决。”顾正晖表示。

新松公司的脑控机器人产品主要用于自闭症儿童的心理治疗。顾正晖表示,心理学是最早应用脑电波的领域之一,在抑郁症治疗、情绪调节等研究领域有很多成果。澎湃新闻查询医学论文数据库Pubmed发现,加拿大心理学家特伦斯·皮克顿在2000年3月刊的《心理生理学》(Psychophysiology)杂志上发表论文,就利用事件相关电位(event-related potential,ERP)开展的认知研究提出了脑电波采集的标准程序要求,被之后的研究者普遍采纳。

目前,新松公司的脑控技术还处于可行性研究阶段,离实际工业方面还有很远距离。田学咏表示,人的思想太过复杂,因此想通过脑波分析来读取思维,需要的采集点很多,这导致脑机接口的设备也相当复杂,“即使这么全面的情况下,将采集的信息进行分析,和人的真实思想进行对比、训练也仍然存在一些算法上的不完善。”

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