人機(jī)交互，如何做到意念控制
2017-11-13 09:54:03 來源：科技日報(bào)
不接觸就能準(zhǔn)確無誤地打開臺燈、關(guān)閉空調(diào)11月9日的科大訊飛年度發(fā)布會十分“科幻”。腦機(jī)接口成為熱議話題。
省去“意念到肢體、肢體領(lǐng)會、實(shí)施控制”等中間步驟，直接用意念和機(jī)器“對話”，實(shí)現(xiàn)“人機(jī)交互”，是如何做到的呢？
“科學(xué)家很早就已經(jīng)在生物神經(jīng)通道上開始了研究，其中包括腦機(jī)接口的研究，”東南大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)院院長宋愛國說，首先要明確神經(jīng)電脈沖與行動的對應(yīng)關(guān)系，其次要消除噪音、提高系統(tǒng)辨識的精確度。
人機(jī)交互，如何直連神經(jīng)
傳統(tǒng)的人機(jī)交互路徑是，信息從傳感器到處理中心，轉(zhuǎn)變成人能獲取的信號，再由器官感知，然后傳遞到大腦，分析接受這個信息?！斑@個過程中，交互轉(zhuǎn)換了多個場景，科學(xué)家開始嘗試直接研究體內(nèi)的電信號，期望達(dá)到電影《阿凡達(dá)》里描述的場景。”宋愛國說。
“人的感覺，例如熱量、力度、刺痛，都是通過神經(jīng)電信號，沿著手部感知神經(jīng)傳到脊髓、再到大腦。在感知神經(jīng)上加上與抓取感知同樣的電脈沖，大腦就會馬上感覺手里抓到東西了，盡管這個東西并不存在?！?/FONT>
為此，科學(xué)家要了解，不同的動作、情感等對應(yīng)的神經(jīng)電脈沖是什么樣的。
宋愛國團(tuán)隊(duì)用購置的腦電分析儀與視覺系統(tǒng)構(gòu)建了一個平臺，以不同場景帶來的不同情緒和腦電波的對應(yīng)變化關(guān)系建立了一個數(shù)據(jù)庫，用來分析各種情緒對應(yīng)的腦電波具有怎樣的特征。了解了腦電波對應(yīng)的動作、情感，就可以逆向?qū)⑦@些電波設(shè)置為特定的指令，教給機(jī)器識別，實(shí)現(xiàn)用意念控制機(jī)器。
但這只是理想狀態(tài)，原因是大腦非常復(fù)雜，對神經(jīng)信號的辨別是個瓶頸問題。宋愛國說，與肢體運(yùn)動相關(guān)的腦電識別雖然相對發(fā)展較快，但由于腦電信號存在大量干擾，目前仍然難以識別手部精細(xì)的動作。
“我們也嘗試了直接進(jìn)行肌電信號的獲取和傳遞，舉個例子，你不揮手的情況下，只要有一個揮手的神經(jīng)信號傳遞到手臂肌肉，當(dāng)我們捕捉到這個肌電信號，就能感知到你要揮手。”宋愛國說，他們正在嘗試與手機(jī)直接交互互聯(lián)，以期更快落地應(yīng)用。
握個手，就需要極復(fù)雜的重構(gòu)
除了將意念直接傳遞給機(jī)器，科學(xué)家還在研究將人類的行為以及背后意圖傳遞給機(jī)器，以期通過人類之間自然的溝通方式，與機(jī)器互動。
宋愛國說，人機(jī)接觸是一個復(fù)雜的組合信息，需要傳遞力覺、觸覺、熱量等，這些信息的載體五花八門，“單就握手來講，如何讓機(jī)器感覺到力量的大小、方向、扭轉(zhuǎn)，溫度的傳遞，觸摸到物體的形狀呢？”
傳感器的精度是信息準(zhǔn)確捕捉的基礎(chǔ)。宋愛國說，“要解讀傳感器獲得的信息，下一步需要物理重構(gòu)，將信息轉(zhuǎn)化為能量刺激作用于人手。摸到石頭和摸到布料的觸感不同，要做到精準(zhǔn)的區(qū)別?！痹谛畔@取的精準(zhǔn)度上，宋愛國團(tuán)隊(duì)曾經(jīng)受住了航天級別的考驗(yàn)——2016年，其研制的“在軌操作力測量設(shè)備”成功保障了天宮二號的航天員在軌訓(xùn)練任務(wù)，將失重狀態(tài)下各種操作力的信息準(zhǔn)確傳遞出來。
“目前力觸覺交互設(shè)備相對來說體積較大、笨重，為了更實(shí)用，要向可穿戴的方向發(fā)展?！彼螑蹏f，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“云端融合的自然交互設(shè)備和工具”項(xiàng)目的支持下，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了人機(jī)交互的小型化可穿戴力觸覺反饋裝置的研制。
“戴上這只基于微納光纖的數(shù)據(jù)手套，手部運(yùn)動數(shù)據(jù)誤差小于1毫米，彎曲感應(yīng)位置不少于5個，數(shù)據(jù)精度不低于16位，”宋愛國說，擁有了這套“手部的皮膚”，虛擬環(huán)境準(zhǔn)確抓取不成問題。
和其他的人工智能輸入設(shè)備一樣，精度越高的設(shè)備意味著“理解力”越好，越“聰明”。宋愛國介紹，這只“手套”之所以精度高，基于捕獲方法和算法的創(chuàng)新。“此外，我們項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還利用神經(jīng)電信號進(jìn)行手勢的識別，創(chuàng)新性地把肌電信號轉(zhuǎn)化為肌電圖像，大大提高了處理速度，同時提出了基于深度學(xué)習(xí)的高準(zhǔn)確率手勢識別算法，在公開的數(shù)據(jù)集上的測試表明，手勢識別率超過了99%?！睌?shù)據(jù)顯示，截至2017年5月，基于國際上公開的三個肌電手勢數(shù)據(jù)集的評估，這一核心識別算法在三個數(shù)據(jù)集上均是識別率最高的算法。
讓機(jī)器理解人的意圖，無論是截獲腦電波、肌電信號還是行為識別，最大的挑戰(zhàn)在于準(zhǔn)確度，識別簡單、明確的指令距離習(xí)得“讀心術(shù)”還有很長一段路要走。（張佳星）
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