检测脑电波信号获取意念 国产脑控机器人如“阿凡达”

检测脑电波信号获取意念 国产脑控机器人如“阿凡达”

目前，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

北京信息科技大学自动化学院副教授吴迎年是脑控轮椅机器人研发团队的指导教师，他介绍，这项研发最早可追溯到2014年，那时他们希望为中风病人设计一款能提高生活质量的轮椅辅具设备，让病人无需他人帮助，便可自由行动。

目前，通过检测脑电波信号来感知人的意念，从而支配驱动机械设备，这在技术原理上已经可行，但是，在国内外，还没有成熟的产品投入使用。这项技术的关键是要设计出可靠且高效运行的算法程序和控制系统，来完成脑电波信息与实体设备的匹配，从而使其准确执行大脑的命令。

大脑意识和神经冲动的基础都是电信号，经过两年研发，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。这个脑控轮椅机器人采用全电力驱动，由脑电信号采集器、眼动仪、物联网多信息源融合控制系统、轮椅、平板电脑等部件组成。

当然，刚刚戴上头盔的用户还不能操控这个脑控轮椅机器人，首先你要让系统“学习”大脑发出前进、后退、向左、向右等意念所对应的不同脑电波信号

吴迎年介绍，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。

当然，刚刚戴上头盔的用户还不能操控这个脑控轮椅机器人，首先你要让系统“学习”大脑发出前进、后退、向左、向右等意念所对应的不同脑电波信号。吴迎年说，用户无需真正做出这样的动作，只需想象它们即可，系统学习的过程大约需要10分钟。当传感器完成学习后，用户再次发出信号，传感器就会根据这些信号代表的含义向轮椅的控制装置发出指令。与此同时，用户前方的平板电脑上有一个系统运行界面，界面上有一只小球，用户要左转时，头脑中就想着左转的动作，眼球再微微向左移动，脑电波传感器和眼动仪检测到相应信号并进行信息融合处理，此刻电脑界面上的小球也会跟随用户的眼球移动方向移动，而轮椅则收到指令立即左转。“随着用户日常使用中意念对于脑电波的反复强化，轮椅会变得越来越聪明，操控更灵敏。”吴迎年说。

“系统设定出脑控轮椅机器人的运行速度，在运行时，为了保证用户安全，发出一次指令，机器人运行一至两米，之后再给指令，才会继续运动。”吴迎年表示，目前这套设备所有子系统全部采用无线信号传输，设备有很强的用户友好性，系统使用快速便捷。

未来脑控轮椅机器人除了可以作为残障人士和老年人的代步工具外，还可以随时监测用户的行进路径、当前位置以及心跳、脉搏、血压等生理指标，并将所得数据远程上传到云客户端，以便医生和家人随时了解用户的情况

研发两年来，先后有数十位本科生和研究生参与到这个项目中来，目前已经是第三代产品了，最早的脑电波控制智能轮椅并不是现在这个样子，那时轮椅上加载的智能设备是由一根根线缆直接连接，不仅使轮椅的整体美观程度大打折扣，而且各部件之间过多的线缆也导致整个系统的可靠性下降，例如，轮椅在运行过程中发生颠簸，或者用户不小心碰到线缆，都会使线缆发生松动，线缆一松动，轮椅就无法执行脑电波的意图命令。

目前，这个脑控轮椅机器人使用的无线模块化控制系统，其优势不仅在于大大提高了系统本身的可靠性，而且还可以随意添加模块，提高了系统的可扩展性。吴迎年说，他们还添加了防撞系统和健康测试系统，未来脑控轮椅机器人除了可以作为残障人士和老年人的代步工具外，还可以随时监测用户的行进路径、当前位置以及心跳、脉搏、血压等生理指标，并将所得数据远程上传到云客户端，以便医生和家人随时了解用户的情况。

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。