DARPA研发脑机交互头盔,意念操控无人机无需植入电极

百家 作者:新智元 2019-06-03 01:27:49 阅读:231






  新智元原创  

编辑:鹏飞

【新智元导读】DARPA的下一代非神经神经技术(N 3)计划已经为六个小组提供资金,这些小组试图建立与植入电极的性能相匹配但不进行任何手术的脑机接口。通过简单地戴上头盔或头戴式耳机,士兵可以想象在没有触摸键盘的情况下命令控制中心; 用思想直观地飞行无人机; 甚至感觉入侵安全的网络。虽然技术听起来很具有未来感,但DARPA希望在四年内完成。


神盾局确有其局。而且现实版的神盾局,比电影里更疯狂,它就是美国防高级研究计划局(DARPA)。


著名科幻小说星球大战里的绝地武士,依靠原力可以通过意识来操控物体。而DARPA要做的事情,不仅仅是通过意识操控武器装备,还可能颠覆现有的认知、教育方式。



而实现这一切不需要任何植入操作,只靠一个头盔,一台电脑。人类的大脑通过头盔内的无线神经接口,从小处说可以操控无人侦察机;从大处说可以随时载入丛林作战、沙漠作战、巷战等各种战术系统,人人都是超能突击队!


一个头盔即可实现脑机通信


2018年3月16日,DARPA生物技术办公室公布了一个极具脑洞的项目,称为“下一代非侵入性神经技术”(Next-Generation Nonsurgical Neurotechnology,简称N3)。


这是一个高分辨率的便携式神经接口,通过在人脑的多个位置同时读取和写入数据,不使用任何植入,实现大脑和电脑系统之间的高维通信,实现更高级的人机交互。



目前神经科学与脑机接口是DARPA研究的重点领域,也是近年进展最快的领域之一。该领域覆盖了感觉知觉、运动神经、外周神经、中枢神经等不同接口技术,旨在增强士兵的认知和决策等能力,大幅提升脑机交互和脑控技术。


同年7月,DARPA发布跨部门公告(BAA),开始向工业部门征求建议书,预计在今年年初授出合同。五角大楼给这个项目制定的预算,在2018、2019两年总共2703.5万美元,将近2亿人民币。


以务实著称的军队当然不会凭空造一个想法出来。N3能够实现的前提,源自现阶段脑机接口领域的侵入性神经技术现阶段的发展,能够精确、高效地连接到特定的神经元或神经元组,已被应用于脑损伤等疾病患者,只是还不适于健康人群。


该技术目前的也存在瓶颈,主要是脑电图、经颅直流电刺激等非侵入性神经技术,还远达不到实际所需的精确度、信号分辨率和便携性要求。


DARPA生物技术办公室评估了生物医学工程、神经科学、合成生物学和纳米技术等领域的最新进展,认为实现高分辨率的下一代非侵入性神经接口技术是非常有希望的,于是N3诞生了。


N3要求无需手术就能够实现高分辨率、高精度、低延迟、同时对多位置人脑信号读写。用手操纵无人机?不需要的;喊Fire后按下开火按钮?不需要的。想法到位了,操作自然就到位了。


技术原理


DARPA生物技术办公室项目主管Al Emondi表示,设想的N3技术具有50ms内在16立方毫米体积的神经组织内读取和写入16个独立通道的精确度。


每个通道能够与大脑的亚毫米区域特异性地相互作用,具有可与现有侵入性方法相媲美的空间和时间特异性。可以组合各个设备,以提供同时连接到大脑中多个点的能力。


为了实现未来的非侵入性脑机接口,N3研究人员正致力于开发解决方案,解决诸如信号穿过皮肤,颅骨和脑组织时的散射和弱化等问题,以及设计解码算法并编码由其他模态(如光,声或电磁能)表示的神经信号。


N3的原理类似目前的微电极技术,是集成神经记录(读出)和神经刺激(写入)的双向接口技术。


该技术专注于两种方法:无创和精创神经接口。无创神经接口通过外部刺激器和传感器实现机器与脑神经的直接通信;精创神经接口将纳米传感器精确导入特定脑神经位置,与外部传感器和刺激器相互作用,实现机器与该位置脑神经的直接通信。




无创神经接口包括集成到身体外部设备中的传感器和刺激器子组件。精创神经接口包括读取和写入大脑内部的纳米传感器,以及内部纳米传感器相互作用的外部子组件集成设备。


N3接口还包括一个计算与处理单元,提供与任务相关的神经信号实时解码/编码。


但是以上两种技术,都需要克服非侵入性神经接口的信号散射、衰减和信噪比等问题。


N3采用一些性能指标来判定设备的有效性,这些度量标准有:精确度、通道数量、设备大小、感官信号、多焦点能力以及认知指标。其中主要考虑精确度、通道数量、感官信号以及多焦点能力。


N3采用groud truth的信号记录方法来比较神经信号读取的精确度。通道数量是在一定脑容量内的单个神经元读取或写入的通道个数。


N3需要记录和解释感官信号的方法,感官信号包括看、摸、听、尝、说或闻等。N3需要多个双向装置,围绕受试者头部,实现不同脑区的交互神经记录和刺激。


价值2年/2亿元的瓶颈


从需求上来看,美军的N3项目需要利用士兵的超脑和脑控能力(通俗来讲就是绝地武士拥有的“原力”)实现士兵与机器的无线脑机交互、与人工智能、半自动或者全自动武器装备交互相结合。


这个时候,士兵的头脑就相当于一个生物CPU,可以更快速的实现决策和认知,以及通过一年来控制武器装备,例如无人机等。


但是目前有3大瓶颈阻碍了这项技术的实现。


从技术上来看,首先是信号散射、衰减和信噪比问题;其次是在实战应用中面临的问题,如克服各种防护装备的信号屏蔽,以及装备了N3设备的士兵容易受到信号干扰、屏蔽的影响。


从人体生理和心理上来看,士兵的认知负荷、包括人机之间的决策的比重,都是需要认真考虑的问题。如果写入士兵脑中的数据过多,很可能导致其出现精神或神经性疾病。


从伦理和安全性上来看,这种读写方式和电脑之间上传下载非常相似。如果真能实现,完全可以认为它颠覆了人类的学习能力,以及教学方式,真正的“填鸭式”。



军人做事一向雷厉风行,尽管面临种种不确定性,DARPA计划4年时间,就能够人机交互、操控无人机、主动网络防御系统或其他仪表化的国防部系统中体现该技术。


或许4年后,我们就能看到头盔能量发生器了。



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