腦控飛行 確實可行

梁達飛

近年來，腦控技術(shù)作為生物、信息、計算機等技術(shù)領(lǐng)域的一個交叉學(xué)科，越來越成為一個受世人矚目的熱點，這項技術(shù)在醫(yī)療、軍事、民用等領(lǐng)域都有著廣泛的用途和前景。在今年巴西世界杯開幕式上， 28歲的巴西截肢殘疾青年諾平托依靠著特別制作的外骨骼機器衣為世界杯開球的一幕，感動了無數(shù)人。這套設(shè)備就采用了腦控技術(shù)，由植入頭皮內(nèi)的電極探測大腦電信號，并無線傳輸給身上的一臺電腦，后者將信號轉(zhuǎn)化成具體的動作。

腦控研究已成熱點

2012年，美國東北大學(xué)的科研人員開發(fā)出了一款由大腦控制的鍵盤以幫助語言障礙患者快速交流。2013年初，英國的科學(xué)家為患者移植了世界上首只具備觸感的仿生手。在這只仿生手上，研究人員通過借助電極令仿生手與患者兩臂的神經(jīng)系統(tǒng)相連接，這樣就在患者與仿生手之間建立了雙向聯(lián)系，前者可以控制仿生手，后者則會像真實的手掌一樣將觸感傳遞回大腦。

在腦控制研究方面，一直有侵入性和非侵入性兩種路徑，贊同侵入性腦機接口的研究學(xué)家認為用高度復(fù)雜的動力控制機器人，需要深入大腦。而贊同非侵入性腦機接口的人認為只用腦電圖描記器就可以做到了。而后者需要研發(fā)高度可靠和準(zhǔn)確的腦機界面，目前已經(jīng)開發(fā)出來的輕便迷你腦電圖掃描器可以置入頭盔中，以監(jiān)控操縱者的精神狀態(tài)，然后將獲得的腦電波信號傳輸給計算機，計算機對其進行解讀，轉(zhuǎn)化成指令信號。

2013年6月，美國明尼蘇達大學(xué)的一群科學(xué)家成功測試了世界上首個非入侵的腦控?zé)o人機，無人機在操縱人員的腦電波控制下完成了簡單的飛行。這項研究的領(lǐng)頭者叫Bin He，他之所以組織這項研究，目的是未來有一天讓行動不便的人僅憑他們的思想，就能夠操作輪椅、機械臂或者電子設(shè)備。

在這之前，Bin He與他的實驗室已經(jīng)致力于研究腦-計算機接口十余年。為了能夠讓無人駕駛飛機，一款被稱為Parrot AR. Drone 2.0的商業(yè)化飛行器飛起來，飛行員僅需“想象”握緊一個拳頭。

飛行過程中，操縱者佩戴一個有64個電極傳感器的帽子用來收集腦電波并且向計算機發(fā)出指令，計算機將指令轉(zhuǎn)化之后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給無人機。如果要向左飛，飛行員就要想象握緊他的左拳——如果要向右飛，他就想象握右拳。想象同時握兩只手就會把無人機升起來。

要完成腦控?zé)o人機的飛行，操縱者需要接受10個小時的訓(xùn)練——計算機收集大腦發(fā)出的電信號，在之后當(dāng)飛行員實際操作無人機時，計算機會根據(jù)儲存的信號對操縱者的腦電波做出翻譯。僅僅是想著握拳就能使大腦以一種類似于一個人真正握拳的方式做出反應(yīng)，這使得這項技術(shù)對癱瘓者具有潛在價值。

德國人要實現(xiàn)真正的腦控飛行

關(guān)于腦控飛行，最新的研究成果來自德國，德國慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的飛行系統(tǒng)動力學(xué)研究所在歐盟的資助下，正在開展“腦飛行”（Brainflight）計劃，目標(biāo)是實現(xiàn)腦控飛行方法。不過，德國人的研究是要實現(xiàn)開大型飛機，而不是無人機。

“該項目的長期目標(biāo)是讓更多人能開飛機。”TUM項目負責(zé)人、航空工程師迪姆·弗里克說，“用腦來控制，會讓飛行本身變得更容易。這會減少飛行員的工作負擔(dān)，由此提高安全性。此外，飛行員可以有更多運動自由，管理駕駛艙內(nèi)其他需要動手操作的任務(wù)。”

研究小組已經(jīng)取得了首次突破：成功展示了腦控飛行確實可行，而且其精準(zhǔn)程度令人驚嘆。他們找了7名有不同程度飛行經(jīng)驗的志愿者參加了飛行模擬測試，其中一人甚至沒有實際開過飛機。測試的精確性，只取決于志愿者在腦中明確地想一個命令。從某種程度上說，這也滿足飛行許可測試的要求。“其中一名志愿者能跟隨十分之八的先導(dǎo)目標(biāo)，而偏差只有10度，”弗里克報告說，另幾名志愿者在能見度極低情況下控制了著陸，其中一名甚至著陸在僅幾米寬的中央線內(nèi)。

TUM科學(xué)家目前集中研究的問題是，怎樣把控制系統(tǒng)和飛行動力學(xué)方面的要求恰當(dāng)轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)新的控制方法。比如在通常情況下，飛行員在駕駛中會感覺到阻力，當(dāng)飛機引致的負荷變大是，他必須付出很大的反阻力。如果是用腦控，這種反阻力就會消失。因此他們正在尋找一種反阻力的替代方法，以作為機艙推進時的反饋信號

為了實現(xiàn)人機溝通，要在飛行員所戴帽子上連接腦電圖（EEG）電極，檢測他的腦波。柏林工業(yè)大學(xué)（Berlin Institute of Technology）生物心理學(xué)與神經(jīng)人因?qū)W院的科學(xué)家開發(fā)出了一種算法，能通過程序來破譯大腦電位差，并將其轉(zhuǎn)化為有用的命令。利用腦機接口，能非常明確地確定控制所需的腦電脈沖。“這是一種純信號處理，”弗里克指出，“讀心術(shù)”并非不可能。