全国第一!华科天才少年干的这件事“想想”就很激动

2019-08-27 14:23 来源: 长江日报
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  8月20日至25日
  2019世界机器人大会在北京举行
  在“BCI脑控机器人大赛
  暨第三届中国脑机接口比赛”中
  华中科技大学获得
  技术赛“顶叶脑际组(P300)无训练”
  单项第一名


  据了解
  这是他们第一次参加中国脑机接口大赛
  ▼
  脑机接口是什么?比赛比的是什么?脑机接口技术发展到哪个程度?在将来能够运用到哪些领域?可以帮助到哪些人群?
  昨日
  长江日报记者在华中科技大学见到了参赛团队对于以上的问题参赛队员都一一做了解答
  什么是脑机接口?
  用意念控制机器 打字可以比手快
  在“BCI脑控机器人大赛暨第三届中国脑机接口比赛”中,华中科技大学共派出4位同学参战,分别是张潇、何赫、郭陈凤和彭睿旻,他们都来自人工智能与自动化学院脑机接口与机器学习实验室,指导老师是伍冬睿教授。


  从右至左分别为张潇、何赫、郭陈凤、彭睿旻
  由于伍冬睿教授正在外地开会,4位参赛同学接受了我们的采访。
  作为团队里的大师兄,何赫告诉长江日报记者,脑机接口是指从大脑直接提取信号,翻译成控制命令来控制计算机或者机器人等外部设备。简单来说,就是用意念控制机器。
  “身体健全的人可以用手指打字,靠嘴来说话,而脑机接口技术则不依赖肌肉组织。比如像霍金那样肢体控制能力出现问题的渐冻人,脑机接口技术可以直接从大脑提取信号,使他们能够用大脑控制计算机。现在也已经有人通过自己的意念控制计算机光标来打字,速度比普通人用手还要快。”何赫举例说。
  何赫介绍,在探索中,脑机接口已经出现了两种形式,一是植入式(侵入式),二是感应式(非植入式或非侵入式,即无创脑机接口)。
  一图看懂
  脑机接口
  ▼


  比赛比什么?
  “好比赛车,既比车的质量,也比选手的技术”
  据了解,今年脑机接口大赛分为技能赛和技术赛,共有2000多人次参加技能赛初赛,40名选手进入决赛。同时还有400多个团队参加技术赛初赛,16个团队进入决赛。
  那么,技能赛和技术赛分别比什么?他们之间有什么关联?
  何赫介绍,技能赛有运动想象、SSVEP、P300三种比赛范式,分别以不同方式测试选手使用脑机接口设备的能力。技术赛比的是团队设计的脑机接口相关算法的性能。
  对于这三种比赛范式,何赫也做了解释。
  运动想象是指在没有任何肢体运动的情况下,凭借大脑想象支配其肢体进行正常运动的思维过程。
  SSVEP和P300在比赛中比的虽然都是指用意念打字,但是采取的脑电模式不同。“SSVEP是接收视觉刺激的频率特征,不同频率的闪烁字符会引起脑电的不同反应,然后我们就可以根据脑电判断用户现在是在看哪个字符(想输入的字符)。P300是与人的认知功能相关,当一个与其他图片不同的图片出现时,人的脑电会有特定的反应。”何赫解释。
  郭陈凤进一步解释,“如果把脑机接口比赛比作赛车的话,技能赛比的是人,技术赛比的是车,挑战赛车一定要让最好的赛车手开最好的赛车,两者缺一不可。”


  “举个例子,当头戴脑电帽,双眼紧盯电脑屏幕的技能选手,通过眼睛‘读’某个字符的时候,技术赛的团队要通过自己的算法准确地判断出技能选手看的字符是什么。技能选手比的是注意力和脑电波信号,技术赛的团队是比算法的精准度。”郭陈凤举例说。
  “再比如说在运动想象比赛中,技能选手头戴脑电帽,仅在大脑中想象是用左手还是右手,而技术团队是借助脑机接口识别选手意图,让电脑屏幕上虚拟的左手或右手会做出运动。它比的是选手用意识来操控虚拟左右手运动的能力。”
  据郭陈凤介绍,他们此次拿到第一名的就是技术赛中P300无训练组。这个比赛的任务是通过采集人的脑电波信号,使人可以通过大脑控制电脑输出文字。
  未来应用场景如何?
  正从科幻走向现实
  电影《阿凡达》中有这样一个情节,在潘多拉星球上,下身瘫痪的男主角通过头上戴着的设备,用意念操控混血生物阿凡达。
  电影《阿丽塔》中,女主角只有大脑能够正常运转,但当医生为她安装了机械肢体后,她奇迹般复活了,而且能够用意念控制自己的身体,完成一个身体健全的人能实现的所有动作。


  电影《阿丽塔》剧照
  以上影视剧中所呈现的其实就是脑机接口技术。尽管离影片中描述的发展程度还相差甚远,但在现实生活中,脑机接口技术的应用已经崭露头角。
  在2014年巴西世界杯的开球仪式上,一位残疾少年戴上意念控制头盔,身着“机械战甲”,靠着脑电波控制自己的“脚”,为巴西世界杯踢出“第一脚”。
  今年的《挑战不可能》的舞台上,清华大学脑机接口研究组将“脑电波打字”技术应用在渐冻人王甲身上,帮助他完成打字挑战。全身已经几乎没有一块肌肉能动的王甲在戴上仪器之后,慢慢的开始在屏幕上打出了字。
  据媒体报道,现在脑机接口技术已经可以实现对外骨骼、键盘或可穿戴机器等外部设备的控制,也能够实现脑电波打字等功能。
  “不久的将来,脑机接口技术可能主要用于医学领域,比如帮助残障人士更方便地操控智能设备。当然,在更远的将来,大家用意念控制电脑或开汽车也不是没有可能。”队长张潇告诉长江日报记者。
  据了解,脑机接口的发展可以大致分成三个阶段,目前还在初级阶段,指接口;第二个阶段,是交互阶段;第三个阶段,即脑机智能。最终,脑机接口将增强人类的能力,例如,人类可能会拥有超感知能力,有更好的视觉和听觉。
  为什么选择研究人工智能?
  多数学生是兴趣所致
  据了解,华中科技大学人工智能与自动化学院于今年年初成立。新成立的人工智能与自动化学院由该校原自动化学院为主体建立,将结合图像信息处理、智能制造、群集智能、大数据等领域的学科特色,开展从基础研究到应用研究的全链条创新,培养复合型人才。


  郭陈凤告诉长江日报记者,目前,脑机接口与机器学习实验室共有20多名学生,“能聚到一起是因为大家都对人工智能有很大的兴趣,还有不少学生是跨专业考过来的。”
  队长张潇目前读研一,本科就读于华中科技大学光电信息科学与工程专业。他告诉长江日报记者,自己之所以跨专业来到这里,完全是自己兴趣所在。
  在导师伍冬睿教授的指导下,张潇首次将对抗样本引入脑机接口,并发表了该领域的第一篇学术论文。“我发现目前使用的脑电中的机器学习算法是存在安全隐患的,比如说人在控制轮椅时,很可能会遭到黑客恶意攻击,为了防止黑客的恶意操控,我们需要做出一定的防御措施。”张潇说。
  据悉,目前国内各高校开设的人工智能学院已基本覆盖了本科、硕士和博士等培养层次,通过多种手段,培养人工智能人才。
  2018年4月教育部印发的《高等学院人工智能创新行动计划》要求,到2030年,高校要成为建设世界主要人工智能创新中心的核心力量和引领新一代人工智能发展的人才高地,为我国跻身创新型国家前列提供科技支撑和人才保障。
  为华科点赞
  (记者:李玉莹 视频制作:王海 校对寇鹏 制图:王语哲)
  【编辑:符樱】
  (作者:李玉莹)
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