意念控物——讓科幻變成現實(shí)

在電影《阿凡達》中，科學(xué)家利用人類(lèi)的DNA和潘多拉星球的“納威人”DNA相融合，人工培訓出了阿凡達，再利用人的意識對其進(jìn)行操控，讓已經(jīng)殘疾的男主人公得以“變身”，開(kāi)啟了在外星球上的新生活......

科幻電影中的場(chǎng)景，代表了人類(lèi)對科技發(fā)展的無(wú)限向往和追求，科學(xué)家們也在努力讓夢(mèng)想變成現實(shí)：在西北工業(yè)大學(xué)神經(jīng)信息實(shí)驗室的現場(chǎng)，研究人員看著(zhù)眼前閃爍的電腦屏幕，心中一個(gè)念頭閃過(guò)，不遠處的四架無(wú)人機就自動(dòng)完成了編隊，下一秒這幾架無(wú)人機又齊刷刷地做了個(gè)原地翻滾的動(dòng)作......這就是西北工業(yè)大學(xué)謝松云教授團隊對于“意念控物”的最新研究成果。

謝松云教授解釋道，電腦屏幕上閃爍的方塊看似一模一樣，其實(shí)它們各自擁有著(zhù)不同的頻率，同時(shí)每個(gè)頻率都對應著(zhù)一個(gè)無(wú)人機編隊的動(dòng)作指令，頻率閃爍刺激人的視覺(jué)后，大腦會(huì )產(chǎn)生對應的腦電波特征，腦電波特征經(jīng)編碼轉化為控制信號，從而就可以實(shí)現對無(wú)人機動(dòng)作變換的控制，也就是所謂的“意念控物”。

據謝松云介紹，腦控主要是通過(guò)采集腦電波，然后用計算機對腦電波進(jìn)行分析解碼，轉換為控制信號，進(jìn)而實(shí)現對“事物”的控制，這些“事物”可以是設備裝置，將來(lái)甚至可能是生物體。而要想實(shí)現高質(zhì)量的控制，最關(guān)鍵、難度最大的就是對腦電波的提取、分類(lèi)與識別，也就是所謂“腦功能特征”的提取，通俗一點(diǎn)講就是需要知道大腦想要做什么，不同的腦電波代表著(zhù)不同的“訴求”，將不同的“訴求”分類(lèi)提取，至關(guān)重要。

▲謝松云教授帶領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展科研工作。受訪(fǎng)者供圖

經(jīng)過(guò)二十余年的不懈努力，謝松云團隊研發(fā)出了多種誘發(fā)模式相結合的腦控技術(shù)，目前已經(jīng)可以做到3種誘發(fā)模式、多種腦特征的提取與識別，團隊也因此先后取得了一系列國家發(fā)明專(zhuān)利和重要成果：在實(shí)用化腦控技術(shù)方面，2012年研發(fā)了視覺(jué)刺激誘發(fā)的腦控模型車(chē)系統；2014年研發(fā)了少導聯(lián)便攜式腦控抓取式機器人；2016年又完成了多模式誘發(fā)刺激下的腦控無(wú)人機系統，可通過(guò)事件想象、 視覺(jué)刺激、眨眼等誘發(fā)模式，控制腦控無(wú)人機繞桿、完成8字飛行 ，復雜任務(wù)完成率達86.5%。在此基礎上，團隊又將腦控技術(shù)與人工智能相結合，研發(fā)了腦機協(xié)同技術(shù)，于2018年完成了手腦機協(xié)作的勘察無(wú)人車(chē)項目，2019年實(shí)現了腦機協(xié)同無(wú)人機編隊智能控制， 2021年又研發(fā)了腦機協(xié)同機械臂智能控制系統。

同時(shí)，在2020年，團隊通過(guò)創(chuàng )新研發(fā)的人機融合認知與決策技術(shù)，成功實(shí)現了人機融合控制的無(wú)人車(chē)安全避障?！斑@項成果很有應用價(jià)值，現在很多汽車(chē)都有輔助駕駛功能，但是遇到無(wú)法識別的障礙物或者一些突發(fā)狀況后，意外事故還是有可能會(huì )發(fā)生，將來(lái)車(chē)機輔助再加上人腦控制后，就可以充分發(fā)揮了發(fā)揮人腦快速認知與人工智能快速處理的各自?xún)?yōu)勢，從而實(shí)現更安全的自動(dòng)駕駛了?！敝x松云說(shuō)。

▲虛擬現實(shí)環(huán)境下腦機技術(shù) —— 無(wú)人機路徑規劃。受訪(fǎng)者供圖

近些年，謝松云團隊更加注重于開(kāi)發(fā)虛擬現實(shí)環(huán)境下的腦機技術(shù)，例如虛擬環(huán)境下腦機協(xié)同無(wú)人機編隊控制、虛擬環(huán)境下駕駛員狀態(tài)監測等。他們將無(wú)人機飛行仿真技術(shù)和腦控技術(shù)結合在一起，利用VR/AR技術(shù)建立逼真度高、適合無(wú)人機群在復雜背景中的人機融合智能控制仿真演示，該成果對未來(lái)的腦控無(wú)人機技術(shù)的研發(fā)提供了一個(gè)功能強大的研究和驗證平臺。

謝松云教授表示，一旦突破了腦特征采集分析這個(gè)核心技術(shù)，會(huì )令控制的物品多樣化，那時(shí)，便是腦控真正走向廣泛應用的時(shí)候，而離我們最近的是無(wú)人駕駛、醫療輔助、助老助殘、游戲娛樂(lè )、教育培訓、救災救援等多個(gè)領(lǐng)域?！氨热绨c瘓在床的殘疾人，將來(lái)可以通過(guò)腦控機器人來(lái)提高他的生活質(zhì)量；通過(guò)虛擬駕駛模擬系統，可以對汽車(chē)、艦船、飛機等駕駛人員進(jìn)行科學(xué)培訓和監測，提高交通安全；或者應用到娛樂(lè )方面，可以通過(guò)VR或者AR的腦機融合去意念控制虛擬現實(shí)，為玩家提供更加沉浸式的體驗，類(lèi)似于電影《阿凡達》中的場(chǎng)景，也一定會(huì )在未來(lái)的某一天，真正走進(jìn)我們的生活?！敝x松云說(shuō)。

來(lái)源：腦機接口社區