ایجاد رابط های بی سیم مغزی برای کنترل اجسام
به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ محققان از سال‌ها قبل در حال ایجاد روش‌هایی هستند که امکان کنترل اجسام الکتریکی را از راه دور و تنها از طریق امواج مغزی به کاربر می‌دهد. برای مثال ترکیب انواع جدید الکترودهای غشای نانویی (nanomembrane electrodes) با قطعات الکترونیک انعطاف‌پذیر و الگوریتم یادگیری عمیق به بیمارانی که دارای ناتوانایی حرکتی هستند کمک می‌کند تا وسایلی مانند ویلچر الکتریکی، رایانه و روبات‌های کوچک را از راه دور کنترل کنند. این کار به هیچ‌گونه کلاه الکترومغزنگاری یا سیمی که به آن متصل است نیاز ندارد.
پروژه مذکور توسط پژوهشگران موسسه فناوری جورجیا، دانشگاه‌های ایالتی ویچیتا و کنت انجام گرفته است.
با ایجاد یک رابط مغز و رایانه (BMI) قابل‌حمل و کاملاً بی‌سیم، یک بهبود قابل‌توجه نسبت به کلاه‌های الکترومغزنگاری (EEG) به وجود می‌آید. برای مثال می‌توان به کارآمدتر شدن فرآیند اندازه‌گیری سیگنال‌هایی خروجی مغز اشاره کرد. در آزمایش‌های انجام گرفته این رابط با موفقیت سیگنال‌های ذهنی 6 انسان سالم را ارزیابی کرد. البته این فناوری هنوز روی افراد معلول بررسی نشده است.
وون هانگ یو (Woon Hong Yeo)، یکی از پژوهشگران طرح بالا گفت:
فناوری مذکور پایه‌های راهبردی طراحی سیستم الکترومغزنگاری ارگونومیک و قابل‌حمل را به وجود می‌آورد. از این طراحی می‌توان به منظور ایجاد دستگاه‌های کمک‌رسان به بیماران، خانه هوشمند و رابط‌های بازی عصبی بهره گرفت. نوآوری اصلی در توسعه و ادغام یک سامانه نظارتی الکترومغزنگاری دقیق و مدارها در دستگاهی است که روی پوست انسان نصب می‌شود.
رابط مغز و رایانه نوعی فناوری توان‌بخشی است که معمولاً افرادی که به بیماری‌هایی مانند سکته مغزی مبتلا هستند از آن‌ها بهره می‌گیرند. این ابزارها با جمع‌آوری سیگنال‌های مغزی که به عنوان «SSVEP» از آن‌ها یاد می‌شود به کلاه‌های الکترومغزنگاری نیاز دارند که با سیم به رایانه‌ها یا دیگر تجهیزات موردنیاز وصل می‌شوند.
یو و گروهش به منظور رفع چالش بالا، نوع جدید از حسگرهای انعطاف‌پذیر و بی‌سیم را به کار گرفتند که به سادگی روی پوست نصب می‌گردد. رابط ساخته شده توسط آن‌ها از 3 بخش عمده زیر تشکیل می‌شود.
• الکترودهای بسیار انعطاف‌پذیری که بسیار کوچک بوده و از طریق موی انسان مستقیماً به جمجمه وصل می‌شوند.
• الکترودهای غشای نانویی بسیار کوچک
• مدارهای انعطاف‌پذیر و نرمی که در واحد تله‌متری بلوتوث جایگذاری شده‌اند.
عملکرد دستگاه به این صورت است که ابتدا داده مغزی توسط مدارهای ثبت می‌شوند، سپس به کمک بلوتوث به رایانه یا تبلتی که در فاصله 15 متری قرار دارد ارسال می‌گردند.
به غیر از تجهیزات موردنیاز برای اندازه‌گیری، شناسایی و تحلیل سیگنال‌های یاد شده بسیار مشکل است؛ زیرا دامنه سیگنال بسیار کم بوده و در محدوده 10 میکرو ولت قرار دارد؛ بنابراین نویزهایی الکتریکی در بدن انسان شباهت دارند. محققان همچنین باید با تغییر پیوسته مغز انسان مقابله می‌کردند. از طرفی اندازه‌گیری دقیق سیگنال‌ها به منظور دستیابی به نیاز واقعی کاربر کاملاً ضروری است. برای رفع این چالش‌ها محققان از الگوریتم یادگیری عمیق بر روی مدارهای انعطاف‌پذیر بهره گرفتند.
چی سیانگ آنگ (Chee Siang (Jim) Ang)، یکی دیگر از محققان ارشد حاضر در پروژه موردبحث گفت:
روش‌های یادگیری عمیق، معمولاً برای طبقه‌بندی تصاویر با موضوعات مختلف مانند سگ و گربه مورداستفاده قرار می‌گیرد. ما از آن برای تحلیل سیگنال‌های مغزی بهره گرفتیم. به مانند تصاویر یک سگ که می‌تواند تغییرات گسترده‌ای داشته باشد، سیگنال‌های الکترومغزنگاری نیز با دگرگونی‌های گسترده‌ای همراه هستند. ما نشان دادیم که الگوریتم مذکور علاوه بر تصاویر، عملکرد خوبی را نیز در تحلیل سیگنال‌ها دارد.
پژوهشگران همچنین به منظور شناسایی این که چه نوع الکترودی برای جمع‌آوری اطلاعات طبقه‌بندی شده امواج مغزی مفیدتر هستند، از الگوریتم‌های یادگیری عمیق استفاده کردند.
آنگ ادامه داد:
ما متوجه شدیم که یادگیری عمیق می‌تواند محل‌های مرتبط با رابط‌های مذکور را به‌گونه‌ای شناسایی کند که مورد توافق متخصصان انسانی هستند. این مسئله به کاهش تعداد حسگرهای موردنیاز، هزینه تولید و افزایش قابلیت حمل می‌انجامد.
سامانه یاد شده از سه الکترود الاستومری بهره می‌گیرد که یکی از آن‌ها با استفاده از یک باند پارچه‌ای روی سر قرار می‌گیرد. الکترود بعدی روی گردن نصب می‌گردد و سومین آن‌ها روی پوست و در زیر گوش قرار می‌گیرد. این الکترودها بدون استفاده از چسب یا ژل به پوست می‌چسبند و استفاده از آن‌ها راحت است. همچنین نویز موجود را کاهش داد، از نرخ تبادل اطلاعات بالاتری برخوردار هستند.
به علاوه محققان توضیح دادند کلاه‌های الکترومغزنگاری امروزی باید همه‌ی سطح سر را پوشش دهند. با وجود این ممکن است، تعدادی از بیماران بالقوه نسبت به آن حساسیت نشان بدهند؛ بنابراین توسعه نمونه بی‌سیم به همه‌ی افراد کمک می‌کند تا بتوانند از این فناوری بهره بگیرند.
پژوهشگران شرح دادند در تلاش هستند تا نمونه‌های آینده دیگر نیازی به سربند نداشته باشند و راحت‌تر از نمونه فعلی روی پوست سر قرار بگیرند
