جهاز استشعار يمكنه يومًا ما تشغيل الروبوتات التي يتحكم فيها العقل

ملخص: قد يتيح المستشعر الجاف المصمم حديثًا والذي يمكنه قياس نشاط الدماغ التحكم العقلي في الأنظمة الروبوتية.

مصدر: الجمعية الكيميائية الأمريكية

يبدو الأمر وكأنه شيء من الخيال العلمي: ضع طوق رأس إلكترونيًا خاصًا واستخدم عقلك للتحكم في الروبوت. ولكن الآن ، تم نشر دراسة حديثة المواد النانوية التطبيقية ACS لقد اتخذت خطوة نحو جعل هذا حقيقة واقعة.

من خلال تصميم نظام خاص ثلاثي الأبعاد لا يعتمد على المواد الهلامية الموصلة اللاصقة ، ابتكر الفريق مستشعرات “جافة” يمكنها قياس النشاط الكهربائي للدماغ ، حتى بين الشعر والنتوءات وانحناءات الرأس.

يراقب الأطباء الإشارات الكهربائية من الدماغ باستخدام تخطيط كهربية الدماغ (EEG) ، حيث يتم زرع أقطاب كهربائية خاصة أو وضعها على سطح الرأس. يساعد مخطط كهربية الدماغ في تشخيص الاضطرابات العصبية ، ولكن يمكن أيضًا دمجه في “واجهات الدماغ والآلة” ، والتي تستخدم موجات الدماغ للتحكم في جهاز خارجي مثل الطرف الاصطناعي أو الروبوت أو لعبة الفيديو.

تستخدم معظم الإصدارات غير الغازية مستشعرات “مبللة” تلتصق بالرأس بهلام متكتل يمكن أن يهيج فروة الرأس وأحيانًا يثير ردود فعل تحسسية.

بدلاً من ذلك ، يقوم الباحثون بتطوير مستشعرات “جافة” لا تتطلب مادة هلامية ، ولكن حتى الآن لا شيء يعمل مثل النوع الرطب القياسي الذهبي.

على الرغم من أن المواد النانوية مثل الجرافين تعد خيارًا مناسبًا ، إلا أن طبيعتها المسطحة والرقيقة بشكل عام تجعلها غير مناسبة للانحناء غير المتساوي لرأس الإنسان ، خاصة على مدى فترات طويلة من الزمن. لذلك ، أرادت فرانشيسكا إياكوبي وزملاؤها تطوير مستشعر ثلاثي الأبعاد قائم على الجرافين يعتمد على الجرافين متعدد الكريستالات يمكنه مراقبة نشاط الدماغ بدقة دون أي لزوجة.

ابتكر الفريق عدة هياكل ثلاثية الأبعاد مطلية بالجرافين بأشكال وأشكال مختلفة ، يبلغ سمك كل منها حوالي 10 ميكرون. من بين الأشكال التي تم اختبارها ، كان الشكل السداسي يعمل بشكل أفضل على السطح المنحني المشعر للمنطقة القذالية – المساحة الموجودة في قاعدة الرأس حيث توجد القشرة البصرية للدماغ.

قام الفريق بتوصيل ثمانية من هذه المستشعرات بعصابة رأس مطاطية تثبتها على مؤخرة الرأس. عند إقرانها بسماعة رأس الواقع المعزز التي تعرض إشارات بصرية ، يمكن للأقطاب الكهربية اكتشاف الإشارات التي يتم النظر إليها ثم العمل مع الكمبيوتر لترجمة الإشارات إلى أوامر تتحكم في حركة الروبوت رباعي الأرجل – بدون استخدام اليدين تمامًا.

على الرغم من أن الأقطاب الكهربائية الجديدة لا تعمل بعد مثل أجهزة الاستشعار الرطبة ، إلا أن الباحثين يقولون إن العمل يمثل خطوة أولى نحو تطوير مستشعرات جافة قوية وسهلة التنفيذ يمكن أن تساعد في توسيع تطبيقات واجهات الدماغ والآلة.

تمويل: يعترف المؤلفون بتمويل من مركز ابتكار الدفاع التابع للحكومة الأسترالية وبدعم من مرفق التصنيع الوطني الأسترالي في جامعة التكنولوجيا في سيدني ومسبك البحث والنماذج الأولية في جامعة سيدني نانو.

حول هذا البحث عن الأخبار الروبوتات

مؤلف: كيت كوتينجهام
مصدر: الجمعية الكيميائية الأمريكية
اتصال: كاتي كوتينجهام – الجمعية الكيميائية الأمريكية
صورة: مقتبس من ACS Applied Nanomaterials، 2023، DOI: 10.1021 / acsanm.2c05546

البحث الأصلي: الوصول المفتوح.
“مستشعرات غير جراحية لواجهات الدماغ والآلة تعتمد على الجرافين الفوقي المصغرالشيخ نعيم فيصل وغيره. المواد النانوية التطبيقية ACS

ملخص

مستشعرات غير جراحية لواجهات الدماغ والآلة تعتمد على الجرافين الفوقي المصغر

يعد توفر أجهزة استشعار جافة دقيقة وموثوقة لتخطيط كهربية الدماغ (EEG) أمرًا ضروريًا لتمكين النشر على نطاق واسع لواجهات الدماغ والآلة (BMIs). ومع ذلك ، فإن المستشعرات الجافة تظهر دائمًا أداءً ضعيفًا مقارنة بمستشعرات Ag / AgCl القياسية الذهبية.

يتضح فقدان أداء المستشعرات الجافة بشكل أكثر وضوحًا عند مراقبة الإشارة من الشعر والمناطق المنحنية في فروة الرأس ، مما يتطلب استخدام أجهزة استشعار ضخمة وغير مريحة.

يوضح هذا العمل مستشعرات micropattern ثلاثية الأبعاد استنادًا إلى الجرافين الفوقي بسمك subnanometer للكشف عن إشارة EEG من المنطقة القذالية الصعبة لفروة الرأس.

تعتبر المنطقة القذالية من الدماغ ، المرتبطة بالقشرة البصرية ، مهمة لتنشيط مؤشرات مديري المشتريات بناءً على نموذج محتمل مشترك للحالة المستقرة ومثير بصريًا.

تُظهر مستشعرات الجرافين فوق المحور المصممة تلامسًا فعالًا للجلد مع مقاومة منخفضة ويمكنها تحقيق نسب إشارة إلى ضوضاء قابلة للمقارنة مقابل أجهزة الاستشعار الرطبة.

باستخدام هذه المستشعرات ، أظهرنا أيضًا التواصل بدون استخدام اليدين مع أربعة روبوتات من خلال نشاط الدماغ.