在被譽(yù)為是賽博朋克史詩的《攻殼機(jī)動隊(duì)》中，全身“義體化”的公安9課隊(duì)長草薙素子的形象令人難忘，電影中對于腦機(jī)接口技術(shù)與人類自我意識核心“Ghost”之間關(guān)系的探討也讓我們無限回味。

回歸現(xiàn)實(shí)，在「宇宙網(wǎng)紅」Elon Musk 的大力推廣下，我們對腦機(jī)接口技術(shù)也不再陌生。

對于非植入式腦機(jī)接口而言，頭戴電極可檢測大腦信號，收集分析數(shù)據(jù)，發(fā)出相應(yīng)指令，控制外部設(shè)備。

那么，如此硬核的裝置只能擺在實(shí)驗(yàn)室里嗎？并不！

來自奧地利約翰內(nèi)斯·開普勒大學(xué)林茨分校的研究人員，聯(lián)合醫(yī)療工程公司 G.tec 研發(fā)人員及時尚設(shè)計(jì)師 Anouk Wipprecht 就設(shè)計(jì)了一套特別的腦機(jī)接口裝置——與其說是裝置，不如說是禮服。

這套「禮服」有個直男但又形象的名字：Pangolin dress（翻譯過來是“穿山甲連衣裙”）。

前不久，Pangolin dress 曾在奧地利電子藝術(shù)節(jié)（Ars Electronica Festival）上亮相。在素來密切關(guān)注藝術(shù)、科技和社會三者相互聯(lián)系的奧地利電子藝術(shù)節(jié)上，這一設(shè)計(jì)堪稱是藝術(shù)、能量采集與機(jī)器學(xué)習(xí)的一次美妙結(jié)合。

1

藝術(shù)與科技美妙結(jié)合

那么，既是藝術(shù)展品，又涵蓋尖端科技，Pangolin dress 具體有哪些特別之處呢？

1024個獨(dú)立電極

據(jù) IEEE 報(bào)道，Pangolin dress 共包含1024個獨(dú)立的頭戴電極（共64組，每組16個），可探測到大腦的電信號。收集到信號之后，所獲取的數(shù)據(jù)將被組合、分析、轉(zhuǎn)換。

比如說，當(dāng)佩戴者決定主動移動一塊肌肉時，這一動作會在大腦運(yùn)動皮層中觸發(fā)一種「局部活動模式」，這種模式是能被檢測和識別到的。

G.tec 公司聯(lián)合創(chuàng)始人 Christoph Guger 表示：

通過1024個獨(dú)立電極通道，我們甚至可以獲得單個手指的分辨率。這是非植入式腦機(jī)接口設(shè)備的電極通常無法做到的。

原因就在于，一般情況下腦機(jī)接口僅僅有64個電極通道，只能用來區(qū)分運(yùn)動區(qū)域——例如，身體剛剛作出的動作是由左臂還是右臂完成。

機(jī)器學(xué)習(xí)識別身體動作

實(shí)際上，由于每個佩戴者的大腦存在差異，要想準(zhǔn)確識別細(xì)節(jié)，還需對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。

為此，研究團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)是：通過機(jī)器學(xué)習(xí)識別與不同動作相關(guān)的模式。

簡單來講，系統(tǒng)實(shí)際上并不要求佩戴者移動任何特定的肌肉，佩戴者只需想象執(zhí)行一個動作。

背后的邏輯是，大腦想象一個動作往往比實(shí)際執(zhí)行更花時間，產(chǎn)生的信號也更持久，所以機(jī)器學(xué)習(xí)起來就更容易。

可以說，這種技術(shù)完全適用于癱瘓患者。在此基礎(chǔ)之上，Christoph Guger 甚至有個想法：未來可以設(shè)計(jì)一種用腦機(jī)接口控制的外骨骼裝置，造福癱瘓群體。

神經(jīng)活動可視化

數(shù)據(jù)一經(jīng)組合、分析、轉(zhuǎn)換，Pangolin dress 就會出現(xiàn)顏色變換。也就是說，穿上 Pangolin dress 后，大腦神經(jīng)活動將在身體上以可視化的方式呈現(xiàn)。

令人眼前一亮的是，Pangolin dress 還可以通過不同顏色反映佩戴者所處的精神狀態(tài)，比如緊張（白色）、平靜（藍(lán)色）、沉思（紫色）等等?？梢?，這已經(jīng)不僅僅是意念控制設(shè)備了，更像是設(shè)備反映意念。

而這種設(shè)計(jì)的背后正是包含了32個 Neopixel LED 的陣列和32個伺服驅(qū)動秤（servo-driven scales）。

單通道定制芯片

值得關(guān)注的是，研究人員設(shè)計(jì)了連接到每個電極的定制芯片——按 IEEE 的話說，這是最主要的技術(shù)進(jìn)步。

具體而言，這種定制芯片為單通道芯片，側(cè)面尺寸1.6毫米，集成了一個放大器、一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和一個數(shù)字信號處理器，功耗小于5毫瓦。

由于功耗小，這種芯片可通過附近的基站，以非接觸式射頻識別芯片的方式驅(qū)動，并以無線方式返回?cái)?shù)據(jù)。據(jù)介紹：

通過無線方式給供電芯片并與之通信，穿戴者不再被拴在以往的有線測試系統(tǒng)上，這種設(shè)計(jì)還可減少傳統(tǒng)無線系統(tǒng)中電池的體積和重量。

即便設(shè)計(jì)了定制芯片，團(tuán)隊(duì)也沒有一味追求奇異的制造技術(shù)。Pangolin dress 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、奧地利約翰內(nèi)斯·開普勒大學(xué)林茨分校團(tuán)隊(duì)的 Thomas Faseth 解釋道：

我們的原則是控制技術(shù)成本，團(tuán)隊(duì)所使用的是180納米制造技術(shù)，但我們還通過一些先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)技巧實(shí)現(xiàn)了更高的性能。

值得一提的是，Pangolin dress 中，每組電極和芯片都被安裝在一塊瓷磚上。從下圖可以看出，穿戴者的頭部完全被瓷磚覆蓋，各個連接了天線。

這件「穿山甲連衣裙」有著模塊化的設(shè)計(jì)，其靈感正是來源于穿山甲富有光澤的角蛋白鱗片——它結(jié)合了剛性和織物元素，其中剛性元素采用的是選擇性激光燒結(jié)技術(shù)（selective laser sintering），9個環(huán)環(huán)相扣的部分通過3D 打印完成。

3

存在哪些挑戰(zhàn)？

整體上，Pangolin dress 兼具超低能量、高分辨率、高靈敏度的特點(diǎn)。但為了做出最終的設(shè)計(jì)，也并不容易。

據(jù)了解，Pangolin dress 團(tuán)隊(duì)就曾遇到了以下挑戰(zhàn)。

首先，一個最大的挑戰(zhàn)便是傳感器電子設(shè)備的電力預(yù)算。正如奧地利約翰內(nèi)斯·開普勒大學(xué)林茨分校集成電路研究所的 Harald Pretl 教授所說：

我們必須為此設(shè)計(jì)一個放大器、一個 ADC，以及我們自己的基于超寬帶的傳輸協(xié)議。

其次，處理頭部周圍的褪色和陰影效果也是一大挑戰(zhàn)。

還有一個挑戰(zhàn)在于，大腦信號的變化速度要比伺服器改變角度的速度快得多，所以團(tuán)隊(duì)專注于反映變化的頻率。比如他們的一個設(shè)計(jì)是，當(dāng)?shù)皖l腦電波占主導(dǎo)時，伺服器和光線會緩慢變化。

在奧地利電子藝術(shù)節(jié)上，Pangolin dress 受到了廣泛關(guān)注。就未來而言，研究團(tuán)隊(duì)希望設(shè)計(jì)出另一個版本，使用完全無線的傳感器。與此同時，關(guān)于將傳感器技術(shù)商業(yè)化的討論也仍在進(jìn)行中。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的「脑机接口礼服」长啥样？1024 个独立电极加定制芯片的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。