Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Steuere diesen Roboterarm - mit deinem Gehirn

Jisoo Kim konzentriert sich. Foto: Nathan Hurst

Jisoo Kim stellte sich vor, mit ihrem linken Arm zu schwenken, und ein Roboterarm bewegte sich nach links. Sie konzentrierte sich auf ihren rechten Arm, und der Roboterarm beugte sich nach rechts. Art von.

Kim trug ein Elektroenzephalografiegerät für das interaktive Display "Make it Move" an Kognitive Technologie, eine neue Ausstellung zum Verständnis und zur Beeinflussung der Hirnaktivität im Exploratorium in San Francisco. Das Gerät wurde an einen Computer und einen Bildschirm angeschlossen und an einen Aluminiumarm mit zwei Gelenken, der von Jon Ferran gebaut wurde.

Die von Kim getragene Neoprenkappe war mit EEG-Sensoren ausgestattet, die ihre Gehirnwellen lesen und an eine Gehirn-Computer-Schnittstelle namens OpenBCI ausgeben. "Ich denke, wenn sich diese Technologie weiterentwickelt, wird sie vielen behinderten Menschen helfen, die ihre Arme nicht bewegen können", sagt Kim. "Da alles Open Source ist, können die Leute es selbst bauen. Ich denke, es wird noch viel weiter kommen."

Tomas Vega studiert Informatik und Kognitionswissenschaft, ist einer der Erbauer der Ausstellung und Mitglied der Cognitive Technology Group der University of California. Ziel von Cog Tech ist es, diese Technologie in der realen Welt einsatzbereit zu machen.

„Wir wollen Veränderungen herbeiführen und der Welt zeigen, dass BCI nicht etwas in der Zukunft ist, sondern bereits passiert“, sagt Vega. "Wir möchten diese Technologie so aktivieren, dass jeder sie nutzen kann, ohne Erfahrung mit Code oder irgendetwas."

Schulung zur Verwendung des BCI. Foto: Anja Ulfeldt

Wenn Sie darüber nachdenken, einen Fußball zu treten, erklärt Vega, verhält sich Ihr Gehirn so, als würde es tatsächlich treten. Ein EEG-Gerät (Elektroenzephalographie-Gerät) kann dies in Form von elektrischen Signalen auf der Kopfhaut lesen und die Informationen aus diesen Signalen können verarbeitet, gefiltert und analysiert werden, um eine Rückmeldung zu geben, die von einem Computer erkannt werden kann.

Für die Ausstellung hat das Cog Tech-Team ein EEG-Board von OpenBCI angepasst. Das Original-Headset von OpenBCI misst die Gehirnaktivität in beiden Hemisphären und zeichnet diese Daten auf 8 Kanälen auf. Aber es erfordert Elektroden, die auf den Schädel geklebt sind - undurchführbar für eine Ausstellung, die es vielen Menschen ermöglicht, jeden Tag durchzugehen und zu experimentieren. So hat Cog Tech einen weichen Helm mit trockenen Elektroden aus Cognionics hergestellt, der mit einem Klettverschluss unter dem Kinn auf dem Kopf sitzt.

„Ich glaube wirklich, dass BCI das Potenzial für eine zusätzliche Möglichkeit hat, mit Computern zu interagieren“, sagt Pierre Karashchuk, ein anderes Cog Tech-Mitglied. "Für die Interaktion zwischen Mensch und Computer waren wir irgendwie begrenzt." Er meint Mäuse, Tastaturen und in letzter Zeit Touchscreens, von denen sich alle letztlich nicht so unterscheiden.

Vega (links) und Karashchuk erklären, wie man das BCI benutzt. Foto: Nathan Hurst

Es gibt vieles, was Sie mit einer direkten Schnittstelle tun können, die Sie nicht mit einer Tastatur erreichen könnten. Einige erkennen und drücken Stimmung aus, wie eine EEG-Mütze (Machen: Band 43) oder zur Beurteilung der Aufmerksamkeit auf eine grafische Benutzeroberfläche.

Karashchuk ist ein Statistiker und Informatik-Major. Er arbeitet daran, wie die Software die vom EEG gesammelten Informationen interpretiert, und entwickelt Bibliotheken, die dabei helfen, die Signale zu verarbeiten und in eine Ausgabe umzuwandeln. Die Signale sind jedoch sehr laut und die Software muss maschinelles Lernen verwenden, um das Problem zu lösen.

Die Kappe mit der OpenBCI auf der Rückseite. Foto: Anja Ulfeldt

Darüber hinaus, so Vega, kann die Arbeit mit BCIs teuer sein, und die Interpretation des EEG ist mit Skepsis gegenüber der akademischen Gemeinschaft konfrontiert. Im Rahmen einer Ausstellung gibt es die zusätzliche Hürde, den Besuchern beizubringen, die Schnittstelle tatsächlich zu steuern. Es ist eine erworbene Fähigkeit, die sehr schwer zu meistern ist oder sogar die Grundlagen aufgreift.

„Die Trainingsschnittstelle ist ein großer Hindernis für BCI, das zur Steuerung verschiedener Geräte eingesetzt wird“, sagt Stephan Frey von Cog Tech. „Das ist so etwas wie ein Proof of Concept. Wenn wir Menschen bekommen können, auch nur einige Leute im Exploratorium, die das noch nie zuvor benutzt haben, und diesen Pool von Besuchern verwenden, um ihnen BCI beizubringen, aber auch zeigen, dass dieses Trainingsschnittstellen-Paradigma bei Menschen funktionieren kann, die es noch nicht probiert haben Dann ist das ein wirklich solider Fall, der verwendet werden kann… wenn Sie gelähmt sind oder eingesperrt sind oder eine größere Behinderung haben, wenn Sie sich auf den BCI verlassen. “

In der Vergangenheit wurden BCIs in erster Linie für die wissenschaftliche Forschung verwendet, sagt Frey, ein leitender Kognitionswissenschaftler. Da die Tools jedoch präziser werden und wir mehr Informationen erhalten, können sie verwendet werden, um Informationen zurück an die Wissenschaft zu leiten und sogar für mehr praktische Probleme.

Karashchuk passt die Kappe an. Foto: Anja Ulfeldt

Es ist leicht, sich Anwendungen für einen gehirngesteuerten Roboterarm vorzustellen. Ein eingesperrter Patient könnte Aufgaben für sich selbst erledigen. Die Cog Tech-Crew hat damit den Flug einer Drohne kontrolliert. Und BCI hat potenzielle Anwendungen in der grundlegenden Computersteuerung. Aber auch Vega hat eine persönlichere Motivation. "Ich möchte ein Cyborg sein", sagt er. „Das ist mein langfristiges Ziel. Ich werde mein ganzes Leben lang daran arbeiten, dass dies Wirklichkeit wird. Es gibt nichts, was mein Herz schneller schlagen lässt als dieser Traum, durch Technologie aufgewertet zu werden. Dieser Traum, verstärkt zu werden und meine Fähigkeiten als Mensch zu erweitern, und die Grenze zu überschreiten. “Vega rasiert sich den Kopf, um eine bessere Verbindung mit dem EEG zu erhalten. Sein Ziel für das Frühjahrssemester ist es, mit der Technologie das Fahren eines Rollstuhls zu lernen.

Ferrans Arm Foto: Anja Ulfeldt

Um dies zu erreichen, ist viel mehr Computerlernen erforderlich. Der Arm winkt eigentlich nur hin und her. Ferran, der den Arm baute, kombinierte einen Arduino Mega mit Komponenten aus einem alten Bartender-Arm und gab ihm nur eine Achse, weil der BCI ohnehin nur einen Freiheitsgrad handhaben konnte - links und rechts.

"Es war ziemlich schwierig", sagt Kim, den Arm zu bewegen. „Der schwierigste Teil bestand darin, die Art und Weise zu denken, wie der Arm kontrolliert werden kann. Die Vorstellung, meinen linken oder rechten Arm zu bewegen, unterscheidet sich von der Bewegung. “

Trotzdem sagt Kim, dass sie sich besser fühlen könnte. Stunden- oder tagelanges Training kann einen großen Unterschied machen, wie effektiv eine Person etwas kontrollieren kann.

"Ihr Gehirn lernt tatsächlich, diese Wellen zu erzeugen", fügt Karashchuk hinzu. Auf diese Weise trainiert der BCI uns genauso wie wir ihn trainieren.


Anmerkungen des Herausgebers:

  • In San Francisco? Besuchen Sie die Ausstellung im Exploratorium bis zum 1. März.
  • Conor Russomano von OpenBCI hat uns zu Cog Tech geschickt. Lesen Sie hier seine Geschichte über das Erstellen einer Open-Source-Gehirn-Computer-Schnittstelle.
  • Das Projekt von Berkeley Cog Tech ist Open Source. Wenn Sie es bauen wollen (oder so ähnlich), suchen Sie auf Tomas Vegas Github nach einer „Denkkinetik“. (Und dann schick uns Fotos!)
  • In einer früheren Version dieser Geschichte wurden dem Arm zwei Freiheitsgrade verliehen und nicht einer, sondern der Anpassung des OpenBCI-Headsets anstelle des OpenBCI-EEG-Boards.

Fotos von Anja Ulfeldt.

Aktie

Leave A Comment