動態 我國將啟動首次太空腦—機交互實驗

2021-02-23 中國自動化學會

航天員在太空中「動動腦子」就能「指揮」各種操作，這種科幻片中才能見到的情景或將成為現實。

隨著我國第一個真正意義上的太空實驗室——天宮二號的成功發射，由天津大學神經工程團隊負責設計研發的在軌腦－機交互及腦力負荷、視功能等神經工效測試系統也一同進入太空，將開啟首次太空腦－機交互實驗。「腦－機交互將是未來人－機通信交互的最高形態。」項目主要負責人、天津大學精儀學院教授明東介紹，腦－機交互一直被列為美國最優先支持發展的顛覆性創新技術之一，「這將是中國人領先歐美開啟的一次太空腦－機交互實驗徵程」。

即將在天宮二號上開展實驗的神經工效測試系統擁有64項授權國家發明專利，1項軟體著作權，是天大「智」造的自主智慧財產權技術集群。天大神經工程團隊長期從事以助老、助殘、助特為目的的新一代腦－機交互基礎理論與關鍵技術方面的研究工作。他們陸續設計出適用於全肢體中風康復的純意念控制人工神經機器人系統「神工一號」「神工二號」並在多地醫院臨床測試成功，曾被評為「中國可能改變未來的十大科技成果之一」，有力推動了新興的腦－機交互技術在臨床康復領域的發展與應用。

此次在執行載人航天空間實驗室任務中，「神工」技術將為「天宮二號」空間實驗室的航天員太空中期駐留驗證等作出貢獻，是「天宮二號」航天人因工程重點項目。

為何要在太空中率先開展腦－機交互研究？「從宏觀來說，人類的大腦因其複雜神秘而被稱為『三磅宇宙』，探索宇宙與探索大腦存在著天然的關聯。」明東介紹，航天員在太空環境中，完成複雜作業任務受到極大的限制，腦－機交互可以不依賴外周神經和運動系統，將航天員的思維活動轉化為操作指令，同時又能監測航天員的腦力負荷等神經功能狀態，實現人機互適應，減輕作業負荷，是最為理想的人機互動方式。

通過腦力負荷與視功能測試系統，可以實時獲取並解析航天員在作業任務時的感覺（視覺）和認知（腦力負荷）功能相關的生理信息變化。在軌腦－機交互系統針對太空飛行過程中的各類約束條件開發了適於在軌環境的高識別度、高穩定性的腦－機交互自適應檢測設備與處理技術，構建了針對航天員個體的高度個性化定製的腦－機接口判別模型，設計了腦電特徵強化誘導訓練策略，優化了腦電特徵與系統模型的耦合效率，大幅提升了腦－機在線操作的工作。

「這是我們團隊首次參與航天任務，師生們為此付出了艱苦的努力，積累了寶貴經驗。」明東介紹說，2012年3月，天津大學神經工程團隊與中國航天員中心人因工程重點實驗室正式籤訂戰略合作協議，致力於我國在軌腦－機交互裝置與技術的研製和發展，其間進行了多次原理演示和可行性論證，尤其近一年中團隊先後完成了所需的5個軟硬體子項目的開發和調試，開展地基人體實驗近千次，最終通過了航天員中心的嚴格評審。

明東曾通過紀錄片《生命密碼：三磅的宇宙》向世界解讀「腦機交互」這一項令人激動的科技成果。「我們貼切地將這一計劃稱為『天地同心』或者『太空諦聽』，因為可以讓地面的機器人分身傳達著遠在萬裡之外、太空之上的航天員本人的某些思想。」明東說，「這一計劃若能成功，希望能夠吸引更多人來關注腦－機交互技術，關注中國神經工程前沿科技的發展。」

來源：科學網


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