Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Controle este braço robótico - com seu cérebro

Jisoo Kim se concentra. Foto: Nathan Hurst

Jisoo Kim imaginou acenando com o braço esquerdo e um braço de robô se moveu para a esquerda. Concentrou-se no braço direito e o braço do robô se flexionou para a direita. Tipo de.

Kim estava usando um dispositivo eletroencefalográfico para a exibição interativa "Make it Move" em Tecnologia cognitiva, uma nova exposição sobre a compreensão e influência da atividade cerebral no Exploratorium, em San Francisco. O dispositivo foi conectado a um computador e tela, e em um braço de alumínio de duas articulações construído por Jon Ferran.

O boné de neoprene usado por Kim estava embutido em sensores de EEG que liam suas ondas cerebrais e as produziam em uma interface cérebro-computador chamada OpenBCI. "Acho que, se essa tecnologia avançar mais, ajudará muitas pessoas com deficiência que não conseguem mexer os braços", diz Kim. "Como tudo é de código aberto, as pessoas podem construí-lo por conta própria, então acho que ele avançará muito mais."

Tomas Vega é um estudante formado em ciência da computação e ciências cognitivas, um dos construtores da exposição, e membro do Grupo de Tecnologia Cognitiva da Universidade da Califórnia. O objetivo da Cog Tech é ajudar a tornar essa tecnologia pronta para uso no mundo real.

“Estamos com o objetivo de fazer uma mudança, mostrar ao mundo que o BCI não é algo no futuro, é algo que já está acontecendo”, diz Vega. “Queremos ativar essa tecnologia para que qualquer pessoa possa usá-la, sem experiência em código ou qualquer coisa”.

Treinamento para usar o BCI. Foto: Anja Ulfeldt

Quando você pensa em chutar uma bola de futebol, explica Vega, seu cérebro se comporta como se estivesse realmente chutando. Um dispositivo de EEG (eletroencefalografia) pode ler isso na forma de sinais elétricos no couro cabeludo, e as informações desses sinais podem ser processadas, filtradas e analisadas para fornecer feedback que pode ser reconhecido por um computador.

Para fazer a exposição, a equipe da Cog Tech adaptou uma placa de EEG da OpenBCI. O headset original do OpenBCI mede a atividade cerebral em ambos os hemisférios e registra esses dados em 8 canais. Mas requer eletrodos colados no crânio - inviável para uma exposição que permitirá que muitas pessoas passem e experimentem todos os dias. Então, a Cog Tech fez um capacete macio com eletrodos secos da Cognionics, que fica na cabeça com uma tira de velcro sob o queixo.

“Eu realmente acho que a BCI tem o potencial de uma maneira adicional de interagir com computadores”, diz Pierre Karashchuk, outro membro da Cog Tech. "Para a interação com computadores humanos, temos sido limitados". Ele quer dizer ratos, teclados e, ultimamente, telas sensíveis ao toque, que no final não são tão diferentes.

Vega (à esquerda) e Karashchuk explicam como usar o BCI. Foto: Nathan Hurst

Há muita coisa que você pode fazer com uma interface direta que não é possível com um teclado. Alguns estão detectando e expressando humor, como um gorro EEG (Faço: Volume 43), ou para avaliar a atenção dada a uma interface gráfica do usuário.

Karashchuk é estatístico e especialista em ciência da computação e está trabalhando em como o software interpreta as informações coletadas pelo EEG, desenvolvendo bibliotecas que ajudam a processar os sinais e transformá-los em uma saída. Mas os sinais são muito ruidosos e o software precisa empregar o aprendizado de máquina para resolver o problema.

A tampa, com o OpenBCI na parte de trás. Foto: Anja Ulfeldt

Além disso, aponta Vega, pode ser caro trabalhar com BCIs, e a interpretação do EEG enfrenta ceticismo da comunidade acadêmica. No cenário de uma exposição, há a barreira adicional de ensinar os visitantes a controlarem a interface. É uma habilidade adquirida e que pode ser muito difícil de dominar, ou até mesmo aprender o básico.

“A interface de treinamento é um grande obstáculo para a adoção do BCI no controle de diferentes dispositivos”, diz Stephan Frey, da Cog Tech. “Isso é como uma prova de conceito. Se pudermos levar as pessoas, mesmo apenas algumas pessoas no Exploratorium que nunca usaram isso antes, e usar esse grupo de visitantes para ensiná-los sobre a BCI, mas também mostrar que esse paradigma de interface de treinamento pode funcionar em pessoas que não o experimentaram antes , então isso faz um caso realmente sólido que pode ser usado… se você está paralisado, ou trancado, ou tem alguma deficiência maior onde você está confiando no BCI ”.

Historicamente, os BCIs têm sido usados ​​principalmente para pesquisas científicas, diz Frey, que é estudante sênior em ciência cognitiva. Mas à medida que as ferramentas desenvolvem mais precisão, à medida que obtemos mais informações, elas podem ser usadas para canalizar informações para a ciência e até para problemas mais práticos.

Karashchuk ajusta a tampa. Foto: Anja Ulfeldt

É fácil imaginar aplicativos para um braço robótico controlado pelo cérebro. Um paciente bloqueado pode realizar tarefas para ele ou ela mesma. A equipe da Cog Tech a usou para controlar o vôo de um drone. E a BCI tem aplicações potenciais no controle básico de computadores. Mas Vega também tem uma motivação mais pessoal. "Eu quero ser um cyborg", diz ele. "Esse é o meu objetivo a longo prazo. Eu vou trabalhar toda a minha vida para tornar isso uma realidade. Não há nada que faça meu coração bater mais rápido do que esse sonho de ser aprimorado pela tecnologia. Esse sonho de ser aumentado e aumentar minhas capacidades como humano, e tentar ultrapassar o limite. ”Vega raspa a cabeça para obter uma conexão melhor com o EEG. Seu objetivo para o semestre da primavera é aprender a dirigir uma cadeira de rodas com a tecnologia.

Braço de Ferran. Foto: Anja Ulfeldt

Para que isso aconteça, será necessário muito mais aprendizado de computadores. Do jeito que está, o braço basicamente balança para a frente e para trás. Ferran, que construiu o braço, combinou um Arduíno Mega com componentes de um braço bartending antigo, e deu-lhe apenas um eixo, porque o BCI só poderia lidar com um grau de liberdade de qualquer maneira - esquerda e direita.

"Foi muito difícil", diz Kim, de fazer o braço se mover. “A parte mais difícil foi pensar o caminho que pode controlar o braço; imaginar mover meu braço esquerdo ou direito é diferente de movê-lo ”.

Ainda assim, Kim diz que ela pode sentir-se melhor. Treinar por horas ou dias poderia fazer uma grande diferença em quão eficaz uma pessoa poderia controlar algo.

"Seu cérebro realmente aprende a gerar essas ondas", acrescenta Karashchuk. Assim, a BCI está nos treinando tanto quanto estamos treinando.


Notas do editor:

  • Em San Francisco? Visite a exposição no Exploratorium até 1º de março.
  • Conor Russomano, da OpenBCI, nos ligou à Cog Tech. Leia a história dele sobre como fazer uma interface cérebro-computador de código aberto aqui.
  • O projeto da Berkeley Cog Tech é de código aberto. Se você quiser construí-lo (ou algo parecido), procure por “cinética mental” no github de Tomas Vega. (E depois nos envie fotos!)
  • Uma versão anterior desta história deu ao braço dois graus de liberdade, em vez de um, e referiu-se à adaptação do headset OpenBCI em vez da placa OpenBCI EEG.

Fotos de Anja Ulfeldt.

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