澳大利亞陸軍探索石墨烯傳感器，通過(guò)AR+意念方式控制機(jī)器人

如果大家有印象，微軟有研發(fā)過(guò)一個(gè)機(jī)器人+ AR框架，基于HoloLens實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操控交互。另外，正在積極研發(fā)軍工版微軟HoloLens的美國(guó)陸軍同樣有在探索“機(jī)器人+ AR”的協(xié)同作戰(zhàn)行動(dòng)。

這種機(jī)器人+ AR的解決方案可以免除攜帶主機(jī)、鍵盤(pán)、控制器等多余硬件設(shè)備的需要，同時(shí)允許用戶(hù)直接在視場(chǎng)可視化各種數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步優(yōu)化控制機(jī)器人的能力。

現(xiàn)在，隨著腦機(jī)接口BMI的迅速發(fā)展，業(yè)界開(kāi)始探索直接通過(guò)意念+AR的方式來(lái)控制機(jī)器人。這對(duì)于一系列的領(lǐng)域都具有應(yīng)用潛力，例如允許殘障人士通過(guò)意念控制輪椅或操作假肢等等。

這對(duì)于軍事領(lǐng)域同樣重要，因?yàn)楝F(xiàn)在無(wú)人機(jī)器的應(yīng)用越發(fā)廣泛，但對(duì)于無(wú)人機(jī)器與士兵的協(xié)同作戰(zhàn)，任何多余的動(dòng)作或言語(yǔ)都可能會(huì)暴露士兵的位置，并造成生命威脅。

所以在悉尼科技大學(xué)，研究人員正在與澳大利亞陸軍和國(guó)防創(chuàng)新中心合作，共同研發(fā)一種基于干式可穿戴腦機(jī)接口和微軟HoloLens的機(jī)器人控制方法。

腦機(jī)接口系統(tǒng)通常由三個(gè)模塊組成：外部感覺(jué)刺激、傳感接口和神經(jīng)信號(hào)處理單元。其中，傳感接口通過(guò)植入或可穿戴神經(jīng)傳感器（如腦電圖EEG電極）檢測(cè)皮層電活動(dòng)，對(duì)人類(lèi)意圖（頻率為~150 Hz的腦電波）進(jìn)行編碼。

對(duì)于可穿戴神經(jīng)傳感器的方式，這與軍用頭盔十分相配，比如說(shuō)基于微軟HoloLens的IVAS頭戴式硬件。

然而，傳統(tǒng)的可穿戴神經(jīng)傳感器依賴(lài)于在頭皮和頭發(fā)涂抹導(dǎo)電凝膠電解質(zhì)，而凝膠的使用會(huì)導(dǎo)致皮膚刺激、感染風(fēng)險(xiǎn)、過(guò)敏反應(yīng)、以及由于凝膠逐漸干燥而不適合長(zhǎng)期操作等問(wèn)題。

由于具有非常薄的性質(zhì)，加上高導(dǎo)電性、生物相容性、耐腐蝕性和在汗液中的穩(wěn)定性，可以用作侵入性和非侵入性神經(jīng)接口的傳感器，諸如石墨烯和石墨烯衍生物這樣的二維納米材料非常適合作為腦機(jī)接口傳感器的電極材料。

然而，大多數(shù)基于二維材料的非侵入性傳感器通常由具有平坦表面的薄膜電極組成，并且不適用于頭皮有毛區(qū)域（為了測(cè)量來(lái)自頭部枕葉區(qū)域的EEG信號(hào)，傳感器需要放置在后腦勺，而這里通常存在頭發(fā)覆蓋）。

所以，澳大利亞悉尼科技大學(xué)的研究人員探索了一種亞納米厚外延石墨烯的三維微圖案?jìng)鞲衅?，可用于檢測(cè)枕葉區(qū)域的腦電圖信號(hào)。實(shí)驗(yàn)表明，這種干式外延石墨烯傳感器顯示出低阻抗的有效皮膚接觸，并且可以實(shí)現(xiàn)與濕式傳感器相當(dāng)?shù)男旁氡取?/p>

然后，團(tuán)隊(duì)將完整的腦機(jī)接口平臺(tái)aBRI與微軟HoloLens，以支持用戶(hù)通過(guò)AR+意念的方式來(lái)控制機(jī)器人。

具體來(lái)說(shuō)，aBRI平臺(tái)由四個(gè)主要組件組成：接口設(shè)備，移動(dòng)腦電圖系統(tǒng)，單板計(jì)算機(jī)，以及機(jī)器人系統(tǒng)。所有主要組件都通過(guò)傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行通信。被試首先接受手機(jī)界面的培訓(xùn)，以熟悉aBRI平臺(tái)和腦機(jī)接口應(yīng)用程序。然后他們穿戴微軟HoloLens，并使用aBRI與Q-UGV機(jī)器人交互。

團(tuán)隊(duì)表示：“我們的技術(shù)可以在兩秒內(nèi)發(fā)出至少九個(gè)命令。這意味著我們有九種不同的命令，操作員可以在這九種命令中選擇一種。我們同時(shí)探索了如何最大限度地減少來(lái)自身體和環(huán)境的噪音，以從操作員的大腦中獲得更清晰的信號(hào)?！?/p>

值得一提的是，據(jù)Techxplore報(bào)道，澳大利亞陸軍同樣測(cè)試了這項(xiàng)技術(shù)。其中，士兵使用腦機(jī)接口以免手免語(yǔ)音方式操作Ghost Robotics四足機(jī)器人，而準(zhǔn)確率高達(dá)94%。

審核編輯黃宇