腦波控制讓輪椅造作更省力

能夠像史蒂芬·霍金那樣擁有一臺(tái)自主控制的代步輪椅，是很多肢體殘障人士夢(mèng)寐以求的事，但其高昂的造價(jià)令人望而卻步。不過(guò)，在俄國(guó)家核研究大學(xué)莫斯科工程物理學(xué)院機(jī)器人技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任葉甫蓋尼·切賓教授看來(lái)，拋開(kāi)復(fù)雜的語(yǔ)言輸入系統(tǒng)不談，未來(lái)普通人擁有一臺(tái)腦控制的代步輪椅并非難事。

腦電波+語(yǔ)音+手勢(shì)實(shí)現(xiàn)輪椅智能控制

切賓教授介紹，進(jìn)行這項(xiàng)研究的初衷，是為下肢殘疾且上肢功能較弱或完全喪失的殘障人士，提供無(wú)需借助操縱桿的輪椅控制方式。研究人員對(duì)一臺(tái)Titan LY-103-120電動(dòng)輪椅進(jìn)行了改造，加裝了電腦操控系統(tǒng)，使用者可以通過(guò)佩戴腦機(jī)接口技術(shù)(BCI)頭盔，以及語(yǔ)音指令、手勢(shì)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)輪椅的自主控制。

既然使用者至少具備一種操作方式，為什么還要選擇三種指令共用，這些指令之間又是怎樣做到互不干擾的呢?

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人格列布解釋，選擇三種指令共用是為了提高操控的準(zhǔn)確性和反應(yīng)速度。例如，使用者可以用腦電波控制前進(jìn)和后退，用手勢(shì)控制轉(zhuǎn)向。三種指令之間是平行關(guān)系，并不存在某一項(xiàng)優(yōu)先指令，當(dāng)指令間發(fā)生沖突時(shí)，則由系統(tǒng)判斷哪項(xiàng)指令符合使用者真實(shí)意圖。因此，編寫系統(tǒng)判斷三種指令的算法是該項(xiàng)目研究的關(guān)鍵。

模塊化設(shè)計(jì)+學(xué)習(xí)功能為使用者打造專屬系統(tǒng)

格列布介紹，未來(lái)該系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用時(shí)，會(huì)根據(jù)每名患者的具體情況對(duì)操作方式進(jìn)行調(diào)整，選取一種或多種指令。不論是選擇哪些操作方式，都可共用同一款系統(tǒng)軟件。無(wú)論哪種組合，腦控制都是主要操作方式;語(yǔ)音指令系統(tǒng)包括聲音識(shí)別和反饋功能，為保證穩(wěn)定性和避免植入后門，該系統(tǒng)為Java開(kāi)源軟件;手勢(shì)指令系統(tǒng)使用C#語(yǔ)言編寫，既可以識(shí)別預(yù)先存入數(shù)據(jù)庫(kù)的2D和3D手勢(shì)，也支持自建手勢(shì)，考慮到不同患者的身體機(jī)能情況，該系統(tǒng)既支持手臂手腕較大幅度的手勢(shì)，也支持手指小幅度的手勢(shì)。

由于每個(gè)人在下達(dá)同一指令時(shí)腦電波有明顯不同，因此在使用前系統(tǒng)需要對(duì)使用者的腦電波進(jìn)行學(xué)習(xí)校準(zhǔn)，以提高操控準(zhǔn)確性，正確識(shí)別使用者意圖。

得益于模塊化設(shè)計(jì)和較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，在實(shí)際應(yīng)用中可以有效減少開(kāi)發(fā)成本和調(diào)試時(shí)間，為使用者快速打造專屬的輪椅操作系統(tǒng)。同時(shí)，其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本也會(huì)大幅降低。據(jù)初步測(cè)算，未來(lái)大規(guī)模生產(chǎn)后，每部輪椅操作系統(tǒng)的售價(jià)有望控制在5千到1萬(wàn)美元內(nèi)。

心理狀態(tài)監(jiān)測(cè)+遠(yuǎn)程控制確保使用者安全

切賓教授介紹，腦控制輪椅的安全性是項(xiàng)目研究關(guān)注的重點(diǎn)。未來(lái)控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用者的心理狀態(tài)，在完成指令時(shí)會(huì)考慮使用者下達(dá)指令時(shí)處于積極、消極還是中立情緒，如果在消極情緒下發(fā)出指令，系統(tǒng)對(duì)其信任度會(huì)相應(yīng)降低，直至切斷控制。未來(lái)計(jì)劃建立腦控制輪椅遠(yuǎn)程控制中心，通過(guò)UDP協(xié)議將每臺(tái)輪椅的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器，在必要情況下可采取遠(yuǎn)程控制取代使用者自主控制，避免出現(xiàn)危險(xiǎn)。

切賓教授介紹，按照項(xiàng)目計(jì)劃，2016年腦控制輪椅項(xiàng)目將完成數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)，并利用該數(shù)據(jù)模型采集三種控制指令大數(shù)據(jù)信息，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步提高系統(tǒng)識(shí)別指令和監(jiān)測(cè)心理狀態(tài)的準(zhǔn)確性。之后半年到一年內(nèi)，將邀請(qǐng)殘障人士在專門醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際使用測(cè)試并完善設(shè)計(jì)，最終獲得相關(guān)機(jī)構(gòu)認(rèn)證和生產(chǎn)許可。如果腦控制輪椅項(xiàng)目獲得成功，該團(tuán)隊(duì)還將為殘障人士研究其他腦控制設(shè)備。