Они могут облегчить жизнь людям с ограниченными возможностями здоровья. Как полагают разработчики, будущее за бионическими роботами, создаваемыми на стыке техники и биологии. Такой подход заключается в изучении и использовании методов обработки информации, аналогично нейронным сетям живого организма.
Благодаря применению новых технологий управлять инвалидной коляской или протезом станет возможно не только с помощью голосовых команд, но и субвокально, то есть путем распознавания безмолвной речи - потока мыслей.
Уникальную разработку предложили на кафедре информационно-измерительной техники и метрологии ПГУ. Аспирант Андрей Спиркин изучал биологические сигналы человека и нашел им новое применение.
- На испытуемого одевается шапочка с электродами, которые подключаются к устройству, фиксирующему поступающие из мозга сигналы. Чтобы интерфейс управления заработал, его надо сначала обучить. Поэтому человек проходит тренировку: ему показывают различные изображения, а прибор фиксирует, какие участки мозга активизировались. Специальное программное обеспечение запоминает схему активности мозга, - поясняет Андрей Спиркин.
Следующий этап - научить программу распознавать эти мыслеобразы. Происходит это так: человек воображает картинку, а компьютер, на основе запомненной схемы, угадывает, о чем тот подумал, и вырабатывает команду, управляющую устройством - компьютерной программой, инвалидной коляской или протезом.
Чтобы избежать ошибок в толковании мыслей, разработчики предложили использовать одновременно два канала связи: вокальный, или голосовой, и субвокальный (метод безмолвной речи). Каналы связи имеют равноправное значение, ни у одного из них нет приоритета. Если поступает противоречивый сигнал, то система сама решает, какая команда соответствует намерению оператора.
- В мире более миллиарда человек имеют ту или иную форму инвалидности, это примерно 15 процентов населения мира. Инвалиды сталкиваются с физическими, социально-экономическими и поведенческими барьерами, которые исключают их из равноправного участия в жизни общества. Наша система позволит им быть более самостоятельными и эффективными, - поясняет Андрей Спиркин.
Достоинствами предложенной системы является ее универсальность - она может устанавливаться на любое существующее инвалидное кресло с электрическим приводом без существенных изменений конструкции. Еще один плюс - невысокая стоимость реализации идеи. Существующие инвалидные коляски управляются с помощью кнопочного пульта и джойстика или с помощью ручного привода. Но такие способы управления неудобны для инвалидов с мышечной дистрофией или тяжелой формой ДЦП. Новый принцип управления совсем иной. От оператора через микрофон голосовой гарнитуры поступает команда. С помощью модуля распознавания речи она расшифровывается, и определяется код управляющей команды. Для подтверждения правильности распознавания звуковой модуль формирует голосовое сообщение, которое поступает на наушники оператора. Если все верно, отдается команда на приводы устройства, в противном случае операция повторяется.
Авторы разработки планируют довести ее до совершенства и сократить цепочку передачи информации во времени. После масштабных испытаний начнут вести поиски инвесторов, неравнодушных к проблемам инвалидов.
Устройство для обмена информацией между мозгом и внешними устройствами называется нейроинтерфейсом. Объектом управления с его использованием может выступать как компьютер, так и любое другое электронное устройство: система "умного дома", промышленный робот, боевой дрон, экзоскелет, квадрокоптер, и т.д.
Сегодня основной областью применения нейроинтерфейсов является медицина, поскольку интерфейс "мозг - компьютер" открывает новые возможности для протезирования и реабилитации инвалидов с различными нарушениями. Например, многие пациенты не могут говорить после инсульта. В этой ситуации нейроинтерфейс может быть посредником между пациентом и внешней средой, а иногда и единственным средством общения. Парализованные пациенты с помощью такого устройства могут управлять протезом, инвалидной коляской, механическим экзоскелетом, компьютером.
Считывание сигналов мозга производится с помощью датчиков: инвазивных (вживляемых в мозг человека) или неинвазивных. Хотя головной мозг располагается глубоко в черепе, электрические поля, которые создают его клетки, могут улавливать электроды, закрепленные на поверхности головы. Именно этот метод лежит в основе электроэнцефалографии. Сейчас ученые работают над созданием нейроинтерфейса, который сможет обеспечить распознавание "мысленных" команд с точностью до 95 процентов.
Подготовила Ольга Неверова