腦控飛行 確實(shí)可行

梁達(dá)飛

近年來(lái)，腦控技術(shù)作為生物、信息、計(jì)算機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)交叉學(xué)科，越來(lái)越成為一個(gè)受世人矚目的熱點(diǎn)，這項(xiàng)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(kāi)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(jī)器衣為世界杯開(kāi)球的一幕，感動(dòng)了無(wú)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(cè)大腦電信號(hào)，并無(wú)線(xiàn)傳輸給身上的一臺(tái)電腦，后者將信號(hào)轉(zhuǎn)化成具體的動(dòng)作。

腦控研究已成熱點(diǎn)

2012年，美國(guó)東北大學(xué)的科研人員開(kāi)發(fā)出了一款由大腦控制的鍵盤(pán)以幫助語(yǔ)言障礙患者快速交流。2013年初，英國(guó)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(guò)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(huì)像真實(shí)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?xún)煞N路徑，贊同侵入性腦機(jī)接口的研究學(xué)家認(rèn)為用高度復(fù)雜的動(dòng)力控制機(jī)器人，需要深入大腦。而贊同非侵入性腦機(jī)接口的人認(rèn)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(jī)界面，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)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(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行解讀，轉(zhuǎn)化成指令信號(hào)。

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

在這之前，Bin He與他的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)致力于研究腦-計(jì)算機(jī)接口十余年。為了能夠讓無(wú)人駕駛飛機(jī)，一款被稱(chēng)為Parrot AR. Drone 2.0的商業(yè)化飛行器飛起來(lái)，飛行員僅需“想象”握緊一個(gè)拳頭。

飛行過(guò)程中，操縱者佩戴一個(gè)有64個(gè)電極傳感器的帽子用來(lái)收集腦電波并且向計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，計(jì)算機(jī)將指令轉(zhuǎn)化之后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸給無(wú)人機(jī)。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(shí)握兩只手就會(huì)把無(wú)人機(jī)升起來(lái)。

要完成腦控?zé)o人機(jī)的飛行，操縱者需要接受10個(gè)小時(shí)的訓(xùn)練——計(jì)算機(jī)收集大腦發(fā)出的電信號(hào)，在之后當(dāng)飛行員實(shí)際操作無(wú)人機(jī)時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)根據(jù)儲(chǔ)存的信號(hào)對(duì)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(lèi)似于一個(gè)人真正握拳的方式做出反應(yīng)，這使得這項(xiàng)技術(shù)對(duì)癱瘓者具有潛在價(jià)值。

德國(guó)人要實(shí)現(xiàn)真正的腦控飛行

關(guān)于腦控飛行，最新的研究成果來(lái)自德國(guó)，德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的飛行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究所在歐盟的資助下，正在開(kāi)展“腦飛行”（Brainflight）計(jì)劃，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)腦控飛行方法。不過(guò)，德國(guó)人的研究是要實(shí)現(xiàn)開(kāi)大型飛機(jī)，而不是無(wú)人機(jī)。

“該項(xiàng)目的長(zhǎng)期目標(biāo)是讓更多人能開(kāi)飛機(jī)。”TUM項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、航空工程師迪姆·弗里克說(shuō)，“用腦來(lái)控制，會(huì)讓飛行本身變得更容易。這會(huì)減少飛行員的工作負(fù)擔(dān)，由此提高安全性。此外，飛行員可以有更多運(yùn)動(dòng)自由，管理駕駛艙內(nèi)其他需要?jiǎng)邮植僮鞯娜蝿?wù)?！?/p>

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(shí)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(yàn)的志愿者參加了飛行模擬測(cè)試，其中一人甚至沒(méi)有實(shí)際開(kāi)過(guò)飛機(jī)。測(cè)試的精確性，只取決于志愿者在腦中明確地想一個(gè)命令。從某種程度上說(shuō)，這也滿(mǎn)足飛行許可測(cè)試的要求?！捌渲幸幻驹刚吣芨S十分之八的先導(dǎo)目標(biāo)，而偏差只有10度，”弗里克報(bào)告說(shuō)，另幾名志愿者在能見(jiàn)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(xiàn)內(nèi)。

TUM科學(xué)家目前集中研究的問(wèn)題是，怎樣把控制系統(tǒng)和飛行動(dòng)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(huì)感覺(jué)到阻力，當(dāng)飛機(jī)引致的負(fù)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(huì)消失。因此他們正在尋找一種反阻力的替代方法，以作為機(jī)艙推進(jìn)時(shí)的反饋信號(hào)

為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)溝通，要在飛行員所戴帽子上連接腦電圖（EEG）電極，檢測(cè)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(kāi)發(fā)出了一種算法，能通過(guò)程序來(lái)破譯大腦電位差，并將其轉(zhuǎn)化為有用的命令。利用腦機(jī)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(hào)處理，”弗里克指出，“讀心術(shù)”并非不可能。