石墨烯傳感器助力“意念控制”機(jī)器人

一種集成到藍(lán)色頭帶中的新傳感器僅使用腦電波就可無線控制機(jī)器人。圖片來源：《ACS應(yīng)用納米材料》

科技日報(bào)北京4月6日電 （記者張佳欣）戴上專門的電子頭帶，用人的意念控制機(jī)器人，這聽起來似乎只是科幻小說中存在的情節(jié)。但現(xiàn)在，發(fā)表在美國化學(xué)會《ACS應(yīng)用納米材料》上的研究向?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)邁出了一步。通過設(shè)計(jì)一種不依賴于黏性導(dǎo)電凝膠的特殊3D圖案結(jié)構(gòu)，澳大利亞悉尼科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出了可測量大腦電活動的“干式”傳感器，在不平整的頭部曲線和千絲萬縷的頭發(fā)中也能輕松使用。

醫(yī)生使用腦電波監(jiān)測來自大腦的電信號，其中專門的電極被植入或放置在頭部表面。腦電波有助于診斷神經(jīng)疾病，但它也可被結(jié)合到腦機(jī)接口中，這種接口使用腦波來控制外部設(shè)備，如假肢、機(jī)器人甚至視頻游戲。

大多數(shù)非侵入性的產(chǎn)品都使用“濕”傳感器，這些傳感器用一種黏糊糊的凝膠貼在頭上，會刺激頭皮，有時(shí)還會引發(fā)過敏反應(yīng)。

作為替代方案，研究人員一直在開發(fā)不需要凝膠的“干式”傳感器。盡管像石墨烯這樣的納米材料可能是一個(gè)合適的選擇，但它們扁平和典型的片狀性質(zhì)使它們與人類頭部不平坦的曲線不相容，尤其是長時(shí)間使用時(shí)。因此，研究人員想要?jiǎng)?chuàng)造一種基于多晶石墨烯的3D傳感器，可準(zhǔn)確地監(jiān)測大腦活動，而不會產(chǎn)生任何黏性。

該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了幾種具有不同形狀和圖案的3D石墨烯涂層結(jié)構(gòu)，每個(gè)結(jié)構(gòu)的厚度約為10微米。測試表明，石墨烯傳感器在枕骨區(qū)域的彎曲、頭發(fā)茂盛的表面效果最好，枕骨區(qū)域是大腦視覺皮層所在的頭顱底部位置。

研究小組將8個(gè)這樣的傳感器整合到一個(gè)彈性頭帶中，并固定在枕骨區(qū)域。當(dāng)與顯示視覺提示的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)耳機(jī)相結(jié)合時(shí)，電極可檢測到正在觀看的提示，然后與計(jì)算機(jī)合作，將信號解析為控制四條腿機(jī)器人運(yùn)動的命令，該過程完全解放雙手。

盡管新電極的工作效果不如濕式傳感器，但研究人員表示，這項(xiàng)工作代表著朝著開發(fā)堅(jiān)固、易于實(shí)現(xiàn)的干式傳感器邁出了第一步，可幫助擴(kuò)大腦機(jī)接口的應(yīng)用。