天津大学 || 将开启首次太空脑-机交互实验


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  航天员在太空中“动动脑子”就能“指挥”各种操作,这种科幻片中才能见到的情景或将成为现实。  随着我国第一个真正意义上的太空实验室——天宫二号的成功发射,由天津大学神经工程团队负责设计研发的在轨脑-机交互及脑力负荷、视功能等神经工效测试系统也一同进入太空,将开启首次太空脑-机交互实验。“脑-机交互将是未来人-机通信交互的最高形态。”项目主要负责人、天津大学精仪学院教授明东介绍,脑-机交互一直被列为美国最优先支持发展的颠覆性创新技术之一,“这将是中国人领先欧美开启的一次太空脑-机交互实验征程”。
  在天宫二号上开展实验的神经工效测试系统拥有64项授权国家发明专利,1项软件著作权,是天大“智”造的自主知识产权技术集群。天大神经工程团队长期从事以助老、助残、助特为目的的新一代脑-机交互基础理论与关键技术方面的研究工作。他们陆续设计出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”“神工二号”并在多地医院临床测试成功,曾被评为“中国可能改变未来的十大科技成果之一”,有力推动了新兴的脑-机交互技术在临床康复领域的发展与应用。  此次在执行载人航天空间实验室任务中,“神工”技术将为“天宫二号”空间实验室的航天员太空中期驻留验证等作出贡献,是“天宫二号”航天人因工程重点项目。

  为何要在太空中率先开展脑-机交互研究?“从宏观来说,人类的大脑因其复杂神秘而被称为‘三磅宇宙’,探索宇宙与探索大脑存在着天然的关联。”明东介绍,航天员在太空环境中,完成复杂作业任务受到极大的限制,脑-机交互可以不依赖外周神经和运动系统,将航天员的思维活动转化为操作指令,同时又能监测航天员的脑力负荷等神经功能状态,实现人机互适应,减轻作业负荷,是最为理想的人机交互方式。

  通过脑力负荷与视功能测试系统,可以实时获取并解析航天员在作业任务时的感觉(视觉)和认知(脑力负荷)功能相关的生理信息变化。在轨脑-机交互系统针对太空飞行过程中的各类约束条件开发了适于在轨环境的高识别度、高稳定性的脑-机交互自适应检测设备与处理技术,构建了针对航天员个体的高度个性化定制的脑-机接口判别模型,设计了脑电特征强化诱导训练策略,优化了脑电特征与系统模型的耦合效率,大幅提升了脑-机在线操作的工作。  2012年3月,天津大学神经工程团队与中国航天员中心人因工程重点实验室正式签订战略合作协议,致力于我国在轨脑-机交互装置与技术的研制和发展,其间进行了多次原理演示和可行性论证,尤其近一年中团队先后完成了所需的5个软硬件子项目的开发和调试,开展地基人体实验近千次,最终通过了航天员中心的严格评审。  “这一计划若能成功,希望能够吸引更多人来关注脑-机交互技术,关注中国神经工程前沿科技的发展。”试验负责人说。

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