原标题:脑电波轮椅“想”去哪就去哪

来源: 北京晚报 作者: 2015-06-04 13:07:50
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苏易衡正在调试轮椅。

前,后,左,右……一切的行进指令,只需在脑袋中想想,轮椅仿佛就能读懂你的心思一般,听话照做。怎么样?听上去是不是很酷炫?来自北京信息科技大学的苏易衡与其队友孙晨、陈占,凭借着他们的“脑电波轮椅”,在前一阵儿刚刚闭幕的北京科技周上,收获了一大批的粉丝。

火热引爆科技周

“现在已经演示不了了,前几天玩得太多了,系统出了点儿小故障。”在科技周闭幕的当天,苏易衡只能对拿着导引册子“慕名而来”的观众连声说抱歉。然而,很多观众依然兴趣不减,“轮椅在哪儿能买到啊?”“买这样一个轮椅大概得要花多少钱?”现场提问的声音不断。一对老夫妻告诉记者,他们拿到科技周的会刊之后,一早就瞄准了这个展台,“年纪大了,对这种智能产品反而开始感兴趣了,现在技术先进了,我们老人能不麻烦别人就不去麻烦别人。”

而苏易衡说,这款脑电波轮椅设计的初衷,针对的就是那些意识清晰但丧失肢体功能的老年人与残疾人。苏易衡翻过相关的资料,2014年末,中国大陆总人口已经超过13.6亿人,其中60周岁及以上人口超过2.1亿,占总人口的15.5%。预测显示,从2015年到2035年的20年时间里,老年人口将占中国总人口的1/5到1/4。与此同时,中国还有超过8500万人口的残疾人。其中肢体残疾人占29.7%,而残疾人辅助器具供应只有128.3万件。

脑电信号转为“行动力”

从原理上来看,人体在执行某个动作时,大脑会产生一个诱发电位控制动作执行;当人体只想象动作而并没有去实际执行时,大脑也会产生相同的诱发电位。正是这一点被应用到了脑电波控制轮椅上。

所谓的“脑电波轮椅”,看似不过是一个普通的电动轮椅,并没有什么太多特别的地方。不过,在原本是摇杆的地方似乎多了几团线。实际上,脑电波轮椅的最大奥秘在于戴在使用者头上的一个“八爪鱼耳罩”。这个造型有些酷炫的耳罩其实是一个“脑电波仪”,附有16个传感器紧贴头皮,能够捕捉到脑电信号,并用蓝牙将信号发给笔记本电脑,笔记本电脑收到信号进行分析处理,随后将指令发送给轮椅,从而实现对轮椅运动的控制。

苏易衡说,他们选用的是消费级别的脑电波仪,该款脑电波仪此前多用于游戏娱乐,或者是用于检测大脑皮层的兴奋度和活跃度。而在国外的一些实验室中,为了提高脑电波读取的准确率,实验人员需要把头发全部剃光,在头部抹上导电胶后,再使用传感器读取大脑语言,“我们的识别率还没法做到那么高,因为我们的初衷是尝试做一款新的控制方式的轮椅。”苏易衡说,目前,他这一版脑电波轮椅对前后两种状态的识别率可以达到70%,前后左右四种状态识别率约为30%至40%。

改造摇杆解读大脑信号

脑电波仪采集到了脑电信号,该如何将这些脑电信号转变成轮椅能够听懂的行动指令呢?在这一点上,就需要发挥团队三人出身于自动化系的优势了。这个过程需要写出一种代码,充当起“脑电信号”与轮椅“行动指令”的翻译官。这也是脑电波轮椅中,团队最核心、最原创的技术。

首先,他们三个人想要搞清楚的是,电动轮椅是如何实现前后左右运动的呢?三人将电动轮椅的摇杆拆了,观察轮椅在运动时,内部的控制系统所发生的变化。苏易衡跟队友们发现,摇杆控制系统其实是一对可变电阻器:一个控制前后,一个控制左右。每个可变电阻器都连接电池的两极,通过正极和负极这两种状态控制前进或者左右。于是,苏易衡使用万用表,测量并记录这些信号线分别在摇杆静止、前进、后退、左转、右转时的电压信息。得到这些控制信息后,就可以设计电路控制这些信号线的输出,从而绕过摇杆,让整个系统整合,实现控制轮椅运动的功能。

“刷夜简直是家常便饭”,为了研究出这一套“翻译系统”,苏易衡和两个队友放弃了自己的暑假,不知道在实验室里苦熬了多少日夜。不过,苦心总有回报,此项目获得了北京市挑战杯一等奖。“没有时间兴奋,要做的东西还有很多。”牛伟坤

关键词:脑电信号,可变电阻器,大脑信号,诱发电位,摇杆,脑电波轮椅,行动力

责任编辑:jockbang

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