Кажется, это что-то из научной фантастики: надеть специализированную электронную повязку и управлять роботом при помощи своих мыслей. Однако недавнее исследование, опубликованное в журнале ACS Applied Nano Materials, приближает нас к воплощению этой идеи в реальность.
Команда ученых разработала специальную 3D-структуру для сенсоров, которые не требуют использования липких гелей для электропроводности. Эти “сухие” сенсоры способны измерять электрическую активность мозга, даже сквозь волосы и учитывая изгибы головы.
Новая конструкция сенсора, встроенная в синюю повязку для головы, позволила управлять роботом исключительно с помощью мозговых волн и беспроводной связи.
Как работают сухие сенсоры
Врачи отслеживают электрические сигналы мозга с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ), где специальные электроды устанавливаются на поверхности головы или вживляются в нее. ЭЭГ помогает диагностировать неврологические расстройства и может использоваться в интерфейсах “мозг-машина”, которые позволяют управлять внешними устройствами, такими как протезы, роботы или даже видеоигры, с помощью мозговых волн.
Большинство неинвазивных версий таких систем используют “мокрые” сенсоры, которые крепятся на голову с помощью геля. Однако такой гель может вызывать раздражение кожи или аллергические реакции. В связи с этим ученые разрабатывают “сухие” сенсоры, не требующие использования гелей. Но до сих пор ни одна из этих разработок не показывала такие же результаты, как стандартные мокрые сенсоры.
Нанометериалы, такие как графен, являются перспективными для этих целей, однако их плоская структура плохо подходит для неровной поверхности головы. Поэтому группа под руководством Франчески Якопи создала 3D-сенсор на основе поликристаллического графена, который может точно отслеживать активность мозга без использования гелей.
Новая разработка
Исследователи создали несколько 3D-структур с покрытием из графена различных форм и узоров, толщина которых составляла около 10 микрометров. Наилучшие результаты показала структура с шестиугольным узором, которая была протестирована на затылочной области головы, где расположен зрительный центр мозга.
Команда интегрировала восемь таких сенсоров в эластичную повязку, которая фиксировала их на затылке. Используя гарнитуру дополненной реальности для отображения визуальных сигналов, электроды смогли зафиксировать, какой сигнал смотрел пользователь, и интерпретировать эти данные в команды для управления движением четырехного робота — полностью без помощи рук.
Важный шаг вперед
Хотя новые сенсоры пока не работают так же хорошо, как мокрые аналоги, исследователи считают, что это значительный шаг вперед в разработке надежных и простых в использовании сухих сенсоров. Это может открыть новые возможности для применения интерфейсов “мозг-машина” в будущем.