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“意念控制”距离战场还有多远
发布时间:2019-09-05 06:46    文章作者:澳门葡京现场

  “Welcome to the 3rd WIC(世界智能大会)”——当这段线年第三届世界智能大会闭幕会现场大屏幕上时,全场爆发雷鸣掌声。因为这些字母是一位头戴黑色电极帽的展示者,在现场通过意念控制一个电脑全键盘,再通过脑电分析程序,从而在大屏上显示出来。这是我国首款“脑机接口”专用芯片“脑语者”第一次正式公开亮相,它的问世,标志着我国在“意念控制”的核心关键技术“脑机接口”方面实现了关键性跨越和零的突破。

  “意念控制”科技经常在科幻电影中惊艳亮相,给予观众瞠目结舌的神秘感和震撼感,但其原理并不难解释:通过对脑电信息的提取、分析和解读,经过一定处理后,转变为控制机器运动的信号,再来驱动外置机械运动。其难点在于利用“脑机接口”(Brain-Computer Interface,BCI)技术对脑电信号的“捉”和“转”,“脑”指生命体的脑或神经系统,“机”指信息处理或计算的设备。简单地说,就是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立直接的交流和控制通道。利用该通道,人们可以直接通过大脑表达想法或操纵设备,从而有效增强特定人群与外界交流或控制外部环境的能力。

  BCI技术被公认为新一代人机交互和人机混合智能的关键核心技术,并被美国商务部列为14项出口管制技术之一。BCI技术将人脑与外界设备相连,最终帮助人与自身和周围环境互动。BCI技术实现途径为:第一步是脑电波采集;第二步是脑电波解读;第三步对脑电波进行信息编码;第四步是将信息编码结果反馈给外接设备。在BCI技术领域,按采集信号的部位可分为植入式和非植入式两类。其中,非植入式主要采用头皮脑电实现,而植入式BCI技术则是将电极植入颅内,采集颅内脑电信号。在神经接口基础元器件方面,美国一些机构的研究已经将神经接口器件向微型化、高性能发展,发展出了“神经尘埃”“神经蕾丝”等具有突破性的接口器件形态。

  人类的大脑有1000亿个神经元、10000亿个“配套”神经胶质细胞,人脑的思考、情绪、记忆等高级功能分别涉及多少神经细胞、有多少神经环路参与其中,这是科学家研究的重点课题。

  人类对脑电波的研究已经有60多年,但技术上的重大突破还是出现在近10年。2009年,在美国消费电子展上(ECS),全球最大的玩具厂商美泰公司出品了基于脑波技术的玩具MindFlex,玩家可以用“意念”让小球悬浮到空中,意念越专注,小球就悬浮越高。同年,美科学家米克拉为神经患者研发出“仿生手”,通过电极临时连接到一位患者的神经系统上,实现意念控制“仿生手”上的手指、攥成拳头,并握住物体。

  2014年巴西世界杯开幕式上,一名腰部以下瘫痪的少年通过BCI技术将脑电波信号进行转化,控制机器外骨骼,实现了世界杯开球,“意念控制”在全世界面前惊艳亮相;2016年4月,美国佛罗里达大学举办了一场意念控制的无人机大赛。16位选手们用意念启动和操纵小型的旋翼无人机,使它们升空、并且飞行过一个篮球场的距离和撞线月,在瑞士苏黎世举办“半机器半人”高科技假肢运动会,其中一个赛事就是BCI技术比赛。15名参赛者穿戴设备,在赛场上坐4分钟,现场大屏幕上呈现出他们大脑里的赛跑者“阿凡达”。参赛者将用意念引导屏幕上的“阿凡达”翻越障碍,并加速冲向终点,如果参赛者发出了错误的脑电波,“阿凡达”会变慢,或碰撞障碍物。科学家指出,大脑散发出的信号电压在0.2~1毫伏之间,非常微弱,且忽明忽暗,不易捕捉,所以当场边的欢呼声过大时,身处紧张竞争中的参赛者,要保持专注非常辛苦,所以如何更轻松地用意念控制外物,是意念控制研究亟待解决的课题之一。

  相比于欧美国家,我国“意念控制”机器研究并不落后,例如,2014年我国就研发出全球首台适用于全肢体中风康复的“纯意念控制”人工神经机器人系统——“神工一号”。我国在BCI技术研究上起步较晚,但最近几年进展神速,截至2019年初,我国申请和公开的BCI技术专利文献,已占全球的半壁江山。目前,“脑科学与类脑研究”工程,已经和深海空间站、天地一体化信息网络、量子通信和量子计算机一起,成为“中国科技创新2030重大项目”的四大试点专项。

  我国在“意念控制”方面的研究一直持续发力。国防科技大学认知科学基础研究团队经过20多年的研究,现在已经实现让机器人按照人脑思维自由行走或执行某些操作;装配“脑机接口”的汽车,通过意念控制可以实现启动、加减速或转弯灯操作;清华大学研发的“动态窗稳态视觉诱发电位脑机接口系统”可以让操作者实现用意念进行微信聊天的程度。

  美军在BCI技术研发上投资巨大,美国防部高级研究项目局(DARPA)在研的相关项目种类繁多,涉及多种功能。

  “手部本体感受和触感界面(HAPTIX)”:该项目目的是制造有感觉反馈的、如天然手臂一样灵活的假肢,让用户有切实的感受,使假肢真正成为人身体的一部分,帮助肢体受伤的战士进行神经恢复。并且,HAPTIX项目可以减少或是消除被截肢者80%左右的幻肢疼痛症状。

  “超脑战士”:该项目是美国X班组核心技术(SXCT)计划的一部分,旨在用机器增强美陆军在实战环境中同时接收来自多方面信息和搜索图像的能力。机器将需要搜索的大图切割成N张小图,在人眼前快速切换,目标信息一出现,观察者的大脑将在300毫秒内发出信号,被机器捕获,而此时观察者自己还没察觉。这主要是帮助士兵探测到潜伏的敌人,DARPA用一套高像素摄像机、加上脑电识别器和视觉处理设备,将对周围威胁元素的识别率提高到了91%,还大大扩展了战士的视域。

  “大脑损伤区域植入体修补”:据报道,伊拉克和阿富汗战争中损伤大脑的的美军有36万,重者失去记忆,或神志不清,或无法社交。DARPA试图依托该项目研发植入大脑表面的电极或光纤,读取神经元的电信号,并发送光脉冲,刺激“失联”的大脑区域,然后用新型的大脑植入物来替代受损的大脑灰质皮层。这种可长期植入的微型无线神经装置有望帮助头部受伤而失忆的军人,并重新读取该军人作战是脑部记录的各种信息。

  “非侵入性神经技术(N3)”:2018年7月《每日邮报》刊文称DARPA正在推进“非手术神经技术(N3)”项目。其目标搭建起“人与机器之间一座桥梁”,开发能够让军人使用脑波发送和接收信息的系统,最终实现意念控制无人机、网络防御系统以及其他技术装备。N3项目分为两种系统:一种是非侵入性的神经界面,既将包含传感器和刺激器等集成到一个设备上;另一种是采取微入侵的方法,用户摄取不同化学物质,来帮助外部传感器读取他们的大脑信息。该项目负责人阿尔·埃蒙迪称:“N3项目是研发安全便捷的神经接口系统,能够迅速从大脑多个点读取信息并向之写入信息。N3是真正的人机结合工具,随着未来越来越多的自动化系统将在军事行动中发挥更大作用,神经界面技术可以帮助作战人员与这些系统建立更直观的互动,这一接口也可能意味着我们的大脑实际上成为与周围世界互动的工具。”

  “超人士兵”:美国正试图打造一支“超人士兵”由组成的部队,“超人士兵”的部分身体肢体或器官是由仿生体组成,并且可以随时替换。他们用意念控制肢体,且不怕受伤、更具战斗力,因为他们受伤的肢体可以随时更换。据报道,一名前美军陆战队女兵在作战中断臂,现在已经安装了“超人士兵”仿生手臂,她可以直接通过意念进行控制。项目负责人托德·库肯博士称,这些仿生肢体不过是消耗品,就像各种机器零件一样可以随意更换。他们正为在战争中受伤的士兵开发仿生肢体,除了仿生手臂外,还有仿生脑、仿生眼、仿生耳、仿生腿等。目前,科学家已经研制成功能扛90公斤重物的仿生腿,军队希望它可以帮助士兵们携带更多装备,进行长距离行军,增强军队的作战能力。科学家们制造的仿生眼,在光线波长低于可见光的情况下也能看见东西,从而能够进行夜视;仿生耳能复制脑部和耳朵的相互作用,通过刺激听觉神经接收声音;仿生外衣更可以将使用者的力气增强一倍,从而轻易就能搬动重物。

  随着植入物越发复杂,神经皮层100%被机器替代也不是不可能。实验已经证明:人的记忆与电脑计算有相同原理,用计算机模拟出有记忆的大脑,理论上是可能的。瑞士科学家亨利·马克拉姆正在欧盟和IBM的巨资支持下打造“人造脑”,他的团队分析脑细胞间的数十亿个连接,然后将这些连接输入电脑。马克拉姆认为,随着电脑速度的提高,能在硅和金属上模拟出人类所有的精神活动,包括记忆和感情。或许,机器接管大脑将不再是科幻,未来或将出现“人脑为核心、机脑为路径、云脑为中枢”三脑合一的“超级大脑”。

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