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戴着脑电帽控制机械臂写汉字 人与机器的界限被打破？

如果生活在未来的人看今天的科学视频记录，很可能会被眼前的这顶帽子逗乐 。
它看起来像一顶游泳帽，表面覆盖着指甲盖大小的金属片，金属片上嵌有电极，用于收集脑电图信号 。戴上这样的脑电采集帽需要一点时间 。为了让那些金属制品通过骨骼、皮肤和体液更好地了解人脑，研究人员不得不寻找一种方法来拉近它们的距离——填充糊状电解质凝胶，使头皮和金属电极的接触更紧密 。
戴这顶帽子听起来不舒服 。但眼下，它带来的魔力绝对可以抵消这种不适 。它肩负着窥探人脑秘密的使命 。从上世纪末开始，人们将捕捉到的人脑信号转化为指令，控制外部设备，实现“精神控制” 。
2021年春节前，天津大学神经工程团队的两个95后大学生戴着脑电图帽，一起想象了一个汉字 。他们的脑电信号被捕捉并转换成指令，拿着毛笔的机械臂在红纸上写下“福”字 。
这是世界上第一次利用多人合作，通过大脑控制机械臂，用思想“书写”汉字 。
一项新的世界纪录诞生了
23岁的女研究生罗瑞欣是“福”字的作者之一 。如果你想让“电脑朋友”更了解你自己，像人类一样，你就得花时间在一起 。
交朋友的方式是直接，沉默 。罗瑞欣戴上嵌有64个电极的帽子，坐在闪烁光标的电脑屏幕前，让自己的眼睛在216个点上逐一停留至少5秒钟 。电脑瞬间记录了她看不同光标时产生的不同脑电波 。
【戴着脑电帽控制机械臂写汉字 人与机器的界限被打破？】当她想试着写一条横线时，只需要用眼睛在屏幕上“画”一条横线，“电脑朋友”就能从她眼睛在不同点的游走轨迹分析出脑电波的变化，进而理解她的意图 。
她还需要照顾“电脑朋友”的反应速度 。这个“写”的太快了，对方来不及反应 。她要找出《老友记》的节奏，同时让自己在想象笔画时多加注意 。大约15分钟后，双方信息交换的准确率可以达到90%以上 。
27岁的生物医学工程博士生韩进(音译)是这个双人脑控机械臂书写系统的构建者 。他解释说，大脑控制的前提是让机器理解人的思维意图 。
机器学习和数学建模方法可以在不同的脑电波和不同的思维任务之间建立映射模型，识别不同的思维思路，即“同意”一种人和计算机都能理解的交流方式 。每个人的脑电图特征都是独特的 。“同一个人，在不同的时间，不同的状态，完成同样的任务，脑电波是不一样的 。”韩进说，为了保证任务的准确性，每次任务前都要进行人机训练，“互相熟悉一下 。”
一般来说，受试者需要先做出一系列不同的动作，让计算机读取电极传来的数据，从而大致了解什么样的动作意图会触发什么样的脑电波 。下一次，当同样的脑电波出现时，计算机将知道采取什么行动 。
2018年，韩进在实验室第一次尝试用意念打字 。“我这边想，那边屏幕上跳出了字母，感觉特别科幻 。”一年后，“哪吒”脑控智能手臂机器人系统在那个实验室诞生了 。
写汉字比写信难多了 。罗瑞欣和队友把“福”字按照笔画拆分成几个部分，平均分布在他们之间 。她负责控制左边的汉字和右边的汉字，另一个人负责“福”字右上角的横线和下面的线 。
两位“编剧”盯着屏幕上的每一笔 。从开始到结束，光束直击视网膜，大脑中看起来像章鱼的神经元受到刺激，诱发相应的脑电波 。
就像俄罗斯人偶的核心一样，大脑被层层组织包裹，颅骨传导性差 。“作者”必须足够注意尽可能减少身体运动，以便产生一个“穿透性”的脑电图信号，它穿过脑膜、脑脊液、头骨...并到达头皮上的电极 。
一台电脑可以同时和多人“对话”，可以节省“交心”的时间 。与单人脑控制相比，双人协作机械手要解决的问题更加复杂，需要设计合理的任务分配策略，使两个人以最高的效率完成操纵任务，并且不能相互冲突 。
罗欣和队友发出的思想和指令同时被电脑接收，然后指令机械臂按照效率优先的顺序完成书写 。整个写作过程用了3分钟，是单人速度的两倍 。
“在人类的活动中，有很多复杂而微妙的任务不是一个人能够完成的，需要很多人共同努力 。”韩进说，这次是单个机械手两个人控制，以后可以多人多机械手协同完成一些更重或者更精细的任务 。比如宇航员对泰泰空的脑控机械臂进行机械维护 。
长期以来，脑控技术面临的一个关键问题是如何完成更多的任务并保持更高的速度 。“快”和“好”之间有着天然的矛盾 。天津大学医学工程与转化医学研究所副教授许说，在以前的研究中，可以完成的BCI(脑机接口)指令最多为84条，但单个指令的识别时间超过8秒 。如果将识别时间缩短到0.8秒，则只能完成40条指令 。


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