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天大“神工”随“天宫”飞天 开启人类历史上首次太空脑-机交互实验

2016-09-18 点击量:

 

  在中秋的月色中,“天宫二号”成功发射,这是我国第一个真正意义上的太空实验室。由明东教授带领的天津大学神经工程团队负责设计研发的世界首套在轨脑-机交互及脑力负荷、视功能等神经工效测试系统也随“天宫二号”一同飞天,等待“神舟十一号”和航天员到来后,将开启人类历史上首次太空脑-机交互实验。

  该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,为天大“智”造的自主知识产权技术集群。“神工”系列人工神经康复机器人曾使数以千计的中风瘫痪人士燃起重新独立生活的希望,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做出贡献,是“天宫二号”航天人因工程重点项目。

  这将是一次中国人领先欧美开启的人类历史上首次太空脑-机交互实验征程。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订制的脑-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-机在线操作的工作绩效。脑力负荷与视功能测试系统可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,将为我国载人航天工程的新一代医学与人因保障系统提供关键技术支撑。

  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,“脑-机交互将是未来人-机通信交互的最高形态。航天员在太空环境,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。即将开展的太空脑-机交互实验,就是对这一技术在轨适用性的最为关键的验证。”

  据了解,脑-机交互一直被列为美国NASA、DARPA等最优先支持发展的颠覆性创新技术之一。天津大学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,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,被“观察者”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。

  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,期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。“这是我们团队首次参与航天型号任务,师生们为此付出了艰苦的努力,积累了宝贵经验”,明东说。

  除了技术验证外,未来的脑-机交互项目还有望进行科普展示。明东曾通过凤凰卫视的电视片《生命密码:三磅的宇宙》向全球华人解读“脑机交互”这样一项令人激动的科技成果。“我们贴切地将这一计划称为‘天地同心’或者‘太空谛听’,因为可以让地面的机器人分身传达着远在万里之外、太空之上的航天员本人的某些思想”,明东说,“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”。

 

转载自天津大学新闻网  记者  靳莹

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