ドライ脳波センサーが軍用ロボットを制御

ブレイン マシン インターフェイス (BMI) テクノロジーは、何十年にもわたって開発されてきましたが、依然として広範な使用を待っています。 その理由には、頭皮に配置された脳波（EEG）センサーを使用する非侵襲的アプローチではハードウェアとソフトウェアがまだ対応できていないこと、脳インプラントに依存するアプローチでは手術が必要であることが含まれます。

現在、オーストラリアのシドニー工科大学 (UTS) の研究者は、オーストラリア軍と協力して、ベンチマークの湿式センサーの 94% の精度を達成しながら、後者の扱いにくさや長いセットアップ時間を必要としないポータブルなプロトタイプの乾式センサーを開発しました。 、乱雑なゲルが必要であり、研究室の外では信頼性が限られています。

「乾式センサーは、代表的な銀と塩化銀を重ね合わせた湿式センサーに比べて性能が劣っています」と、UTS 工学情報技術学部の Francesca Iacopi 氏は言います。 「これは、髪で覆われた頭皮の湾曲した領域からのEEG信号を監視する場合に特に当てはまります。そのため、針状でかさばり、ユーザーにとって不快なものになります。」

「私たちは脳信号のみを使用して四足ロボットのハンズフリー操作を実証するためのフィールドテストで[新しいセンサーを]使用しました。」—シドニー工科大学フランチェスカ・イアコピ氏

Iacopi は、BMI アルゴリズム研究を専門とする教員同僚である Chin-Teng Lin とともに、接触領域にサブナノメートルの厚さのエピタキシャル グラフェンを使用した 3 次元マイクロパターン センサーを開発しました。 センサーは後頭部、つまり視覚情報を処理する脳の領域である視覚野からのEEG信号を検出するのに最適な場所に取り付けることができます。

「毛が短い限り、センサーは十分な皮膚接触と低いインピーダンスを提供し、信号対雑音ベースで湿式センサーと十分に比較できます」と Iacopi 氏は言います。 「そして、脳信号のみを使用して四足ロボットのハンズフリー操作を実証するためのフィールドテストでそれらを使用しました。」

センサーはシリコン基板上に製造され、その上に立方晶炭化ケイ素 (3C-SiC) の層が配置され、フォトリソグラフィーとエッチングを使用してパターン化され、厚さ約 10 マイクロメートルの設計が形成されます。 研究者らによると、頭皮の湾曲した有毛部分との良好な接触を得るには、三次元デザインが極めて重要だという。 次に、触媒合金法を使用して、パターン化された構造の表面の周囲にエピタキシャル グラフェンを成長させます。

研究者らがSiCオンシリコンを選択した理由は、SiC単独よりもパターン形成とシリコンとの統合が容易だからである。 そしてグラフェンについては、「非常に導電性が高く、生体適合性があり、弾力性があり、基板への接着力が高い」とイアコピ氏は言う。 さらに、「水分を補給し、皮膚上の水分や汗を吸収するスポンジのように機能し、導電率を高め、インピーダンスを下げることができます。」

ブレインロボティクスインターフェース

いくつかのパターンをテストし、髪を通して肌に最もよく接触する六角形の構造が選択されました。 冗長性を念頭に置いて、ピン ボタンを使用して 8 つのセンサーがカスタムメイドのセンサー パッドに取り付けられ、オペレーターの頭蓋骨に巻かれた弾性ヘッドバンドに使用されました。 8 つのセンサーすべてが、その位置とヘッドバンドからの圧力に応じてさまざまな程度で EEG 信号を記録したとリン氏は説明します。 テストの結果は先月、Applied Nano Materials 誌に掲載されました。

センサーをテストするために、オペレーターは、さまざまなコマンドを表す 6 つの白い点滅する四角形を表示する拡張現実レンズを頭に装着します。 オペレーターが特定の正方形に集中すると、特定の集合的な生体電位が視覚野で生成され、センサーによって検出されます。 信号は Bluetooth 経由でマウント内のデコーダーに送信され、そこで信号が目的のコマンドに変換され、ロボット内の受信機にワイヤレスで送信されます。

「システムは現時点で最大 9 つのコマンドを発行できますが、グラフェン センサーで使用するためにテストおよび検証されたのは 6 つのコマンドだけです」と Lin 氏は言います。 「各コマンドは、前進、右折、停止などの特定のアクションや機能に対応しています。今後さらにコマンドを追加する予定です。」

オーストラリア陸軍は、四足ロボットを使用した 2 つの実地試験に成功しました。 最初のテストでは、兵士のオペレーターは、不整地に設置された一連の視覚ガイドにロボットを従わせました。 2 番目のテストでは、オペレーターがセクション指揮官の役割を引き受けました。 彼は、チームのロボットと兵士の両方に指示を出し、都市部の戦争環境でいくつかの建物の模擬撤去を実施し、ロボットが兵士に先立って建物を調べた。