Двуцикловата система позволява управление с четири степени на свобода само чрез мозъчни сигнали, като повишава точността с 20%.
Китайски учени разработиха първия в света двупосочен адаптивен мозъчно-компютърен интерфейс (BCI), който значително подобрява ефективността и проправя пътя за практически приложения. Според новото изследване системата увеличава ефективността 100 пъти в сравнение с традиционните BCI.
Изследователи от Университета Тиендзин и Университета Цинхуа твърдят, че тяхната иновация скоро може да бъде интегрирана в носими и преносими устройства за медицинска и потребителска употреба.
Тази система позволява както на мозъка, така и на машината да се учат взаимно, за разлика от конвенционалните BCI, които само разчитат мозъчните сигнали. Това взаимодействие гарантира стабилна работа във времето, което е ключова стъпка към по-надеждни BCI в ежедневните приложения.
„Нашата работа е първата, която въвежда концепцията за коеволюция между мозъка и компютъра и успешно демонстрира нейната осъществимост, отбелязвайки начален етап към взаимната адаптация между биологичния и машинния интелект“, заяви Сю Минпън, съавтор на изследването от Университета Тиендзин.
Първият мозъчно-компютърен интерфейс, който преодолява еднопосочните ограничения
От 70-те години на миналия век BCI позволяват на потребителите да управляват машини с мисълта си, като превеждат мозъчните сигнали в команди. Първоначалните изследвания са били насочени към подпомагане на хора с увреждания, но днес приложенията включват игри, управление на дронове без ръце и други интерактивни технологии.
Въпреки тези постижения, традиционните BCI имат съществено ограничение: те функционират само в една посока. Това означава, че мозъкът не получава обратна връзка, която би му помогнала да се адаптира и усъвършенства контрола. С времето тази липса на адаптация води до намаляваща ефективност.
„Голямо предизвикателство в развитието на BCI технологията е постигането на взаимно обучение между мозъка и машината“, каза Сю.
Изследователите открили, че промените в мозъчните сигнали не са просто случайни колебания, причинени от емоции или умора. Вместо това тези вариации се влияят от начина, по който мозъкът взаимодейства с BCI.
Въз основа на това разбиране те разработили двуциклов модел, използвайки мемристорен чип – енергоефективен хардуерен компонент, който имитира невронните мрежи – за създаване на по-естествено взаимодействие между мозъка и машината.
Системата се състои от два основни цикъла: машинно-обучителен цикъл, който непрекъснато актуализира декодера, за да се адаптира към вариациите в мозъчните сигнали, и мозъчен обучителен цикъл, който помага на потребителя да подобри контрола чрез обратна връзка в реално време.
BCI с по-висока ефективност и разширени възможности
Изследването показва, че двуцикловата система увеличава ефективността над 100 пъти и намалява енергийната консумация 1 000 пъти в сравнение с конвенционалните BCI.
„В сравнение с традиционните цифрови BCI, нашата двуциклова система увеличи ефективността над 100 пъти, като същевременно намали енергийната консумация 1 000 пъти“, каза Сю.
Този технологичен пробив също така позволява на потребителите да изпълняват по-сложни задачи. Традиционните BCI обикновено предлагат две степени на свобода, като движение нагоре-надолу или наляво-надясно. Въпреки това, новата система добавя напред-назад движение и ротация – всички контролирани единствено чрез мозъчни сигнали.
Изследователите проведоха шестчасови тестове с 10 участници и установиха, че адаптивната система подобрява точността с около 20% в сравнение с неадаптивните BCI. Изследването демонстрира дългосрочна стабилност и обучителна крива за потребителите, което засилва потенциала на системата за практически приложения.
„Нашето изследване осигури силна теоретична основа и техническа подкрепа за развитието на практически BCI системи и отвори нови посоки за напредъка на интегрирания мозъчно-машинен интелект“, добави Сю.
Напредъкът на Китай в BCI технологията
САЩ, Европа и Китай значително допринасят за развитието на BCI технологиите. Компании като Neuralink на Илон Мъск се фокусират върху инвазивни мозъчни импланти, докато китайските изследователи постигат сериозен напредък в разработването на неинвазивни и адаптивни BCI.
Този последен пробив подчертава ангажимента на Китай към по-ефективни и лесни за употреба BCI технологии. Чрез осигуряването на двупосочно взаимодействие между мозъка и машината, новата система прави значителна крачка към интегрирането на BCI в ежедневието – от медицинската рехабилитация до потребителската електроника.
Източник: https://interestingengineering.com/
