真实版《阿凡达》:韩国研究者用脑机接口控制乌龟

最近,来自韩国科学技术高级研究院(KAIST)的科学家们开发了一种可以远程控制动物行动的新技术。


在 2009 年的电影《阿凡达》中,一个人类远程控制了外星人的身体,电影中的技术是通过将人类意识注入到远端的生物体中实现的。尽管这项技术看起来有些科幻,但科学家们已在实现它们的路上。近年来随着脑机接口(BCI)的发展,人类已经可以尝试用意识控制人形机器人了。


在脑机接口发展的同时,一些新技术已经证明了计算机发出的指令可以被转换成用于指挥大脑活动的信号(「机脑接口」)。而两种技术的组合可以让我们实现控制其他物种行为的梦想。现在,KAIST 的研究者们已经开发了一种人—龟操作系统,其中来自人脑的信号可以影响乌龟的移动。


与之前那些通过侵入方式试图控制动物行为(尤其是昆虫)的方法不同,KAIST 的研究者们提出了一种新的思路——通过激活动物自有的逃生行为来控制他们的行动。为了实践这一思想,研究者们选择了乌龟,因为它们具有足够的认知能力,同时可以分辨不同波长的光。具体来说:乌龟可以识别白色光源,并将其视为开放空间,向光源移动。它们还会对可能阻碍自身视觉的物体做出回避动作。乌龟在给定环境中的移动行为是可以预测的,这让研究者们可以使用脑机接口对其进行控制。


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整个人—龟装置如下:用户通过一个带有脑机接口(BCI)的头戴式显示器 ( HMD ) 感知乌龟的外在环境,人类操作员穿戴 BCI-HMD 这一系统,而乌龟的外壳上安装一个「机器人系统」,该系统包含一个摄像头,一个 Wi-Fi 收发器,一个计算机控制的模块,一块电池以及一个带有裂纹的黑色半圆柱体,这个半圆柱体是一个「刺激装置」。这个「机器人系统」可通过 BCI 进行 36 度的转动。


装置的整个运行过程就像这样:操作员接收到乌龟外壳上摄像头发来的图像。这些实时的视频图像允许操作员决定乌龟该往哪里移动。操作员发出可被穿戴式 BCI 系统作为脑电图信号接收的思想指令。BCI 可区分 3 种状态:左、右以及停止。向左和向右的指令通过 Wi-Fi 激活了乌龟的刺激装置,摄像头转向,从而改变了乌龟的视线。本能驱使乌龟改变方向往光源移动。最后,操作员获得了摄像头发来的升级的视觉反馈,并通过这种方式继续远程导航乌龟的行迹。


这项研究表明 BCI 动物导航方案适用于各种环境,比如乌龟在室内外或者石路草地等多种不同的表面移动,并克服浅水和树木等多种障碍。开发这项技术可整合定位系统并提升增强现实与虚拟现实技术,催生出包括军事侦察与监测在内的多种应用。


论文:Remote Navigation of Turtle by Controlling Instinct Behavior via Human Brain-computer Interface(通过脑机接口系统操控乌龟本能行为以进行远程导航)


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摘要:


脑机接口(BCI)技术近年来已经得到了很大发展,达到了无需手动进行控制的水平。在本研究中,我们提出了一种全新的,可以远程控制动物行为的脑机接口系统: 将去同步化关联(Event Related Desynchronization,ERD)和稳态视觉诱发电位(SSVEP)协议整合在一起。乌龟被选为实验动物,我们开发了头戴式显示器、无线通信装置和专为乌龟设计的刺激器。这些装置可以利用乌龟的逃生本能控制其动作,引导它们的行动路径,在室内和室外都可以远程控制乌龟。在论文中,我们介绍了这套系统的具体设计。为了验证系统的可行性,我们在多种条件下进行了测试。我们的研究对未来的人——动物交互系统有很强的指导意义。 


原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170323085038.htm 

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