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俄罗斯专家称脑控制轮椅技术并非遥不可及

发布时间:2019-05-15 05:58:40 编辑:笔名

可以用意念控制的轮椅

能够像史蒂芬霍金那样具有1台自主控制的代步轮椅,是很多肢体残障人士梦寐以求的事,但其高昂的造价令人望而生畏。不过,在俄国家核研究大学莫斯科工程物理学院机器人技术实验室主任叶甫盖尼切宾教授看来,抛开复杂的语言输入系统不谈,未来普通人具有一台脑控制的代步轮椅并非难事。

脑电波+语音+手势实现轮椅智能控制

切宾教授介绍,进行这项研究的初衷,是为下肢残疾且上肢功能较弱或完全丧失的残障人士,提供无需借助操纵杆的轮椅控制方式。研究人员对1台Titan LY-电动轮椅进行了改造,加装了电脑操控系统,使用者可以通过佩戴脑机接口技术(BCI)头盔,和语音指令、手势指令实现对轮椅的自主控制。

既然使用者至少具备一种操作方式,为什么还要选择三种指令共用,这些指令之间又是怎样做到互不干扰的呢?

项目负责人格列布解释,选择3种指令共用是为了提高操控的准确性和反应速度。例如,使用者可以用脑电波控制前进和后退,用手势控制转向。三种指令之间是平行关系,并不存在某一项优先指令,当指令间发生冲突时,则由系统判断哪项指令符合使用者真实意图。因此,编写系统判断三种指令的算法是该项目研究的关键。

模块化设计+学习功能为使用者打造专属系统

格列布介绍,未来该系统实际应用时,会根据每名患者的具体情况对操作方式进行调剂,选取一种或多种指令。不论是选择哪些操作方式,都可共用同一款系统软件。无论哪种组合,脑控制都是主要操作方式;语音指令系统包括声音辨认和反馈功能,为保证稳定性和避免植入后门,该系统为Java开源软件;手势指令系统使用C#语言编写,既可以辨认预先存入数据库的2D和3D手势,也支持自建手势,考虑到不同患者的身体机能情况,该系统既支持手臂手段较大幅度的手势,也支持手指小幅度的手势。

由于每个人在下达同一指令时脑电波有明显不同,因此在使用前系统需要对使用者的脑电波进行学习校准,以提高操控准确性,正确识别使用者意图。

得益于模块化设计和较强的学习能力,在实际应用中可以有效减少开发成本和调试时间,为使用者快速打造专属的轮椅操作系统。同时,其设计和生产成本也会大幅降低。据初步测算,未来大规模生产后,每部轮椅操作系统的售价有望控制在5千到1万美元内。

心理状态监测+远程控制确保使用者安全

切宾教授介绍,脑控制轮椅的安全性是项目研究关注的重点。未来控制系统会实时监测使用者的心理状态,在完成指令时会斟酌使用者下达指令时处于积极、消极还是中立情绪,如果在消极情绪下发出指令,系统对其信任度会相应降低,直至切断控制。未来计划建立脑控制轮椅远程控制中心,通过UDP协议将每台轮椅的监测数据传送到服务器,在必要情况下可采取远程控制取代使用者自主控制,避免出现危险。

切宾教授介绍,依照项目计划,2016年脑控制轮椅项目将完成数据模型设计,并利用该数据模型采集三种控制指令大数据信息,通过大数据分析进一步提高系统识别指令和监测心理状态的准确性。之后半年到一年内,将邀请残障人士在专门医疗机构进行实际使用测试并完善设计,终究获得相关机构认证和生产许可。如果脑控制轮椅项目获得成功,该团队还将为残障人士研究其他脑控制装备。

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