Zbliżamy się do naukowego przełomu rodem z science fiction. Ludzki mózg i roboty to coraz lepsze połączenie…
Science fiction w naukowym wydaniu? Zdecydowanie! Załóż specjalną opaskę na głowę i… steruj robotem za pomocą umysłu! Badania, które niedawno zostały opublikowane w ACS Applied Nano Materials, choć brzmią jak science fiction, stanowią krok w stronę urzeczywistnienia marzeń fanów robotyki. Czy w tym szaleństwie jest metoda?
Zespół naukowców, pod kierownictwem Francesci Iacopi, stworzył „suche” czujniki, które mogą mierzyć aktywność elektryczną mózgu, nawet wśród włosów i wypukłości głowy. Zaprojektowali więc specjalną, trójwymiarową strukturę, która nie opiera się na lepkich żelach przewodzących.
Specjaliści wykorzystują elektroencefalografię (EEG) do monitorowania sygnałów elektrycznych z mózgu poprzez wszczepienie lub umieszczenie specjalistycznych elektrod na skórze głowy. Elektroencefalografia to specjalna technika stosowana przez lekarzy do monitorowania sygnałów elektrycznych z mózgu poprzez wszczepianie lub umieszczanie specjalistycznych elektrod na powierzchni głowy — widzieliśmy to na filmach! EEG nie tylko pomaga medykom w diagnozowaniu problemów natury neurologicznej, ale też może zostać wykorzystane w „interfejsach mózg-maszyna” lub „mózg-komputer” (ang. Brain-Computer Interfaces — BCI). Dzięki temu, że EEG rejestruje fale mózgowe, można nimi sterować, wykorzystując urządzenia zewnętrzne takie jak protezy kończyn, roboty czy nawet gry wideo!
Science fiction nie taką fikcją!
Zdecydowana większość nieinwazyjnych wersji urządzenia obejmuje użycie „mokrych” czujników, czyli takich, które przykleja się do skóry głowy. Żel ten może jednak wywoływać podrażnienia, a czasem reakcje alergiczne. Alternatywę do złotego standardu stanowi stworzony przez naukowców „suchy” żel. Rozpatrywano różne nanomateriały (np. grafen), niestety ich płaska i często łuszcząca się natura sprawia, że nie są one kompatybilne z krzywiznami ludzkiej czaszki, zwłaszcza przez długi czas.
Rozmyślając nad potencjalnymi udogodnieniami, Francesca Iacopi i jej współpracownicy postanowili wcielić w życie elementy prosto z science fiction. Postanowili opracować trójwymiarowy czujnik grafenowy oparty na grafenie polikrystalicznym, który mógłby bardzo dokładnie monitorować aktywność mózgu, bez przyklejania się. Naukowcy stworzyli liczne struktury 3D pokryte tym materiałem — wykorzystano różne materiały, kształty i wzory, ale każda miała grubość około 10 metrów.
Na zakrzywionej ludzkiej, owłosionej głowie (a konkretnie w okolicy potylicznej) najlepiej sprawdził się wzór heksagoniczny. To miejsce, które stanowi podstawę głowy, ale też miejsce, gdzie znajduje się kora wzrokowa mózgu. Osiem z tych czujników zostało połączonych w elastyczną opaskę na głowie, która utrzymywała je z tyłu głowy.
Mając czujniki z „suchym” żelem, wpakowano je do zestawu słuchawkowego z rzeczywistości rozszerzonej, który wyświetlał wskazówki wizualne. Elektrody mogły rozpoznać, która linia jest obserwowana, a następnie współpracować z komputerem, aby przetłumaczyć sygnały na polecenia kontrolujące mobilność czworonożnego robota. A to wszystko bez użycia rąk!
Nowe elektrody nie zdały jednak w pełni egzaminu, ponieważ nie działały tak dobrze jak mokre czujniki. Naukowcy uważają, że ich badanie jest pierwszym krokiem w kierunki zbudowania solidnych, ale jednocześnie łatwych do wdrożenia suchych czujników, które pomogą rozszerzyć zastosowania interfejsów mózg-maszyna.
Na obecnym etapie rozwoju technologicznego nie ma dostępnych (przynajmniej publicznie) rozwiązań, które umożliwiałyby kontrolowanie obiektów za pomocą samej ludzkiej myśli w sposób bezpośredni. Eksperymenty podobne do działań Francesci Iacopi umożliwiają jednak pewien stopień interakcji między umysłem a urządzeniami. Interfejsy mózg-komputer pozwalają jednak na, choć krótką wycieczkę do świata science fiction! Obecnie, podobne rozwiązania wykorzystuje się na przykład do kontrolowania protez kończyn.
Plany są też inne…
Wykorzystywanie rozwiązań do kontroli obiektów za pomocą myśli w militarii to temat, który budzi wiele kontrowersji. Jednym z najbardziej popularnych zastosowań tego typu technologii jest sterowanie dronami i innymi bezzałogowymi pojazdami wojskowymi. Dzięki takiemu rozwiązaniu pilot może skupić się na monitorowaniu sytuacji na polu walki i wydawaniu poleceń za pomocą myśli. Minimalizuje to ryzyko błędów popełnionych podczas manualnego sterowania.
Aby kontrolować obiekty za pomocą jedynie ludzkiej myśli w sposób w pełni efektywny, niezbędne są dalsze badania nad BCI oraz rozwój bardziej zaawansowanych technologii. Czy w przyszłości rozważania dotyczące ochrony wrażliwych danych i etyki samych badań pozwolą na rozwój takich technologii? Czy science fiction nadal pozostanie w sferze fikcji?