科技模块7 创新设计
创新科技:
脑机接口(Brain-Computer Interface, BCI)技术实现捕捉大脑神经信号并将其转换成命令的具体流程:
1. 信号采集:这是BCI系统的第一阶段,涉及捕捉大脑信号,可能还包括噪声降低和伪影处理。
2. 预处理或信号增强:在这个阶段,信号被整理成适合进一步处理的格式。
3. 特征提取:在这个阶段,从记录的大脑信号中识别出区分性的数据。这是一个非常具有挑战性的任务,因为它需要从信号中提取出有用的信息。
4. 分类:这个阶段涉及根据特征向量对信号进行分类。选择好的区分性特征对于实现有效的模式识别至关重要,以解释用户的意图。
5. 控制接口:最后阶段将分类的信号转换为对任何连接设备的命令,如轮椅或电脑。
6. 机器学习和分类方法:在特征分类阶段,使用机器学习和分类方法来识别与特定动作相对应的特征模式,例如移动机械臂的指令。
7. 特征翻译:在信号处理阶段,分类后的特征被翻译并转换成操作外部设备的实际命令,如计算机屏幕上光标的移动、音频设备的音量控制或文本写作。
为了在我们的世界普及脑机接口技术,我们需要解决一些问题,具体如下:
1.为了解决准确性问题:由于非侵入式脑机接口的数据采集隔着头骨与头皮,采集信号会需要技术提升精确性。
生物混合探针技术:Science公司开发的一种新技术,通过体外培养神经元并将其嵌入电子设备后植入大脑,形成新的生物连接,这种创新避免了电极对大脑的损伤,并提高了信息传递的效率。利用光遗传学技术,使神经元能够被光激活,通过microLED灯泡刺激接口中的神经元,信息得以传递给大脑;同时,来自大脑的信号则可通过植入神经元传递给电极进行读取和记录。
无线通信技术:
Purdue University的研究人员报告了一种无线通信技术,用于神经植入物。这种方法称为双相准静态脑通信,植入物将信息传输到一个可穿戴的耳机形状的中心枢纽,该中心枢纽将电力和编程位发送到植入物,所有这些都是使用完全电气信号完成的,以避免转导损失。
材料学突破:通过材料的不断优化,可以提升信号采集的精准度。例如:BrainCo强脑科技研发的新式电极材料——固体凝胶电极实现量产,攻克了脑电信号难以大规模精准采集的难点,使便携式脑电设备的单电极精确度达到专业水平。
算法优化:需要在数据结构与预处理流程、通用的解码算法框架及提高在线系统实时效率上进行研究,形成稳定、实用及普适性高的分析方法与指标。
电极改进:为了降低头皮电极阻抗并提高应用便捷性,分别针对不同情况采用可快速佩戴的干电极、湿电极和半干电极。临床研究中应关注信号采集质量的提升,如电极阻抗、连续记录的有效时长、佩戴的舒适度与皮肤耐受性。
靶区定位技术:一些实验范式需要记录特定脑区的脑电信号,基于个体化的功能性脑图谱或诱发电位进行靶区规划,以提高信号采集的准确性。
多模态技术:混合BCI的多模态技术可以帮助实现精确的脑信号分类,更好地应用于BCI的控制命令。例如,将fNIRS和EEG技术结合,同时检测前额脑区的氧合血红蛋白变化和运动皮层的EEG信号,实现了对大脑信号的高分类精度解码。
信号处理技术:依赖信号处理技术的发展,拓展先进的非侵入式源定位方法,以提取精确的空间特性,使BCI控制信号的解码更加有效、准确、稳定。
2.为了解决安全性问题:
采用基本的网络安全措施,外加一些其他科技:
https://www.diankeji.com/vr/47401.html这种准静态信号技术将保护可穿戴设备免受黑客攻击。
实时大脑信号加密同步:通过实时加密大脑信号,确保了即使信号被拦截也无法解码和破解,为宿主提供了额外的安全保障。
量子力学加密原理:结合量子力学加密原理进行整体的连接,利用量子力学的不可克隆和测不准原理,实现高度安全的通信。澳大利亚莫纳什大学和CSIRO Data61的科学家开发出了一种高效的量子安全加密算法“LaV”,使用端到端加密来抵御量子计算机的攻击,有望加强在线交易、即时消息服务、数据隐私、加密货币和区块链等系统的安全性。
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