真實版《阿凡達》：韓國研究者開發出意念控制烏龜的腦機介面

選自KAIST

作者：Cheol-Hu Kim等

機器之心編譯

參與：黃小天、李澤南

最近， 來自韓國科學技術高級研究院（KAIST）的科學家們開發了一種可以遠端控制動物行動的新技術。

在 2009 年的電影《阿凡達》中， 一個人類遠端控制了外星人的身體， 電影中的技術是通過將人類意識注入到遠端的生物體中實現的。 儘管這項技術看起來有些科幻， 但科學家們已在實現它們的路上。 近年來隨著腦機介面（BCI）的發展， 人類已經可以嘗試用意識控制人形機器人了。

在腦機介面發展的同時， 一些新技術已經證明了電腦發出的指令可以被轉換成用於指揮大腦活動的信號（「機腦介面」）。

而兩種技術的組合可以讓我們實現控制其他物種行為的夢想。 現在， KAIST 的研究者們已經開發了一種人—龜作業系統， 其中來自人腦的信號可以影響烏龜的移動。

與之前那些通過侵入方式試圖控制動物行為（尤其是昆蟲）的方法不同， KAIST 的研究者們提出了一種新的思路——通過啟動動物自有的逃生行為來控制他們的行動。 為了實踐這一思想， 研究者們選擇了烏龜， 因為它們具有足夠的認知能力， 同時可以分辨不同波長的光。 具體來說：烏龜可以識別白色光源， 並將其視為開放空間， 向光源移動。 它們還會對可能阻礙自身視覺的物體做出回避動作。 烏龜在給定環境中的移動行為是可以預測的，

這讓研究者們可以使用腦機介面對其進行控制。

整個人—龜裝置如下：使用者通過一個帶有腦機介面（BCI）的頭戴式顯示器 ( HMD ) 感知烏龜的外在環境， 人類操作員穿戴 BCI-HMD 這一系統， 而烏龜的外殼上安裝一個「機器人系統」， 該系統包含一個攝像頭， 一個 Wi-Fi 收發器， 一個電腦控制的模組， 一塊電池以及一個帶有裂紋的黑色半圓柱體， 這個半圓柱體是一個「刺激裝置」。 這個「機器人系統」可通過 BCI 進行 36 度的轉動。

裝置的整個運行過程就像這樣：操作員接收到烏龜外殼上攝像頭發來的圖像。 這些即時的視頻圖像允許操作員決定烏龜該往哪裡移動。 操作員發出可被穿戴式 BCI 系統作為腦電圖信號接收的思想指令。 BCI 可區分 3 種狀態：左、右以及停止。

向左和向右的指令通過 Wi-Fi 啟動了烏龜的刺激裝置， 攝像頭轉向， 從而改變了烏龜的視線。 本能驅使烏龜改變方嚮往光源移動。 最後， 操作員獲得了攝像頭發來的升級的視覺回饋， 並通過這種方式繼續遠端導航烏龜的行跡。

這項研究表明 BCI 動物導航方案適用於各種環境， 比如烏龜在室內外或者石路草地等多種不同的表面移動， 並克服淺水和樹木等多種障礙。 開發這項技術可整合定位系統並提升增強現實與虛擬實境技術， 催生出包括軍事偵察與監測在內的多種應用。

論文：Remote Navigation of Turtle by Controlling Instinct Behavior via Human Brain-computer Interface（通過腦機介面系統操控烏龜本能行為以進行遠端導航）

摘要：

腦機介面（BCI）技術近年來已經得到了很大發展， 達到了無需手動進行控制的水準。

在本研究中， 我們提出了一種全新的， 可以遠端控制動物行為的腦機介面系統： 將去同步化關聯（Event Related Desynchronization， ERD）和穩態視覺誘發電位（SSVEP）協議整合在一起。 烏龜被選為實驗動物， 我們開發了頭戴式顯示器、無線通訊裝置和專為烏龜設計的刺激器。 這些裝置可以利用烏龜的逃生本能控制其動作， 引導它們的行動路徑， 在室內和室外都可以遠端控制烏龜。 在論文中， 我們介紹了這套系統的具體設計。 為了驗證系統的可行性， 我們在多種條件下進行了測試。 我們的研究對未來的人——動物交互系統有很強的指導意義。