霍夢蘭

【摘 要】隨著“腦機接口”技術的發(fā)展，智能家居、意念控制玩具，醫(yī)療康復等民用領域應用相對成熟。本文首先從“腦機接口”技術的實現(xiàn)過程介紹該技術的原理，然后對“腦機接口”技術在軍事領域的應用進行了展望。

【關鍵詞】腦機接口；腦控；軍用應用

2014年巴西世界杯開幕式，一名腰部以下癱瘓的少年借助腦電波控制的機械外骨骼，成功地輪椅上站起來，開出世界杯的第一球，向全世界觀眾展示了腦科學技術發(fā)展的魅力?？茖W源于幻想。電影《阿凡達》的男主角是一位下肢癱瘓的前海軍陸戰(zhàn)隊員，他通過頭上佩戴的復雜設備，用思維去控制一具人造“外星人”阿凡達。雖然潘多拉星和阿凡達只是導演卡梅隆的虛構，但是得益于“腦機接口”技術的創(chuàng)新發(fā)展，利用“意念”也就是人腦的思維來操控外部物體已經(jīng)不再是人類的空想。電影中的科幻情景已經(jīng)開始走進我們的生活。

1 “腦機接口”技術的原理

腦機接口（簡稱BCI），是在人與外部設備間創(chuàng)建的直接連接通路。腦-機接口系統(tǒng)將從頭皮或皮層神經(jīng)元記錄得到的腦電活動作為輸入信號，然后將該信號經(jīng)過信號處理，從中辨別出人的意圖，最后把人的思維活動轉換為命令信號，以實現(xiàn)對外部設備的控制和與對外界的交流。

簡單來說，腦機接口技術幫助人類實現(xiàn)用大腦直接控制被控對象。

1.1 采集腦波信號

人的大腦是一個高度復雜的信息處理系統(tǒng)。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，人的大腦平均每天產(chǎn)生7萬個想法，每次神經(jīng)活動都會產(chǎn)生輕微的放電，在科學上稱為腦電信號。腦電信號可以通過腦電波技術測量得到。既然可以測量，就可以采集這些信號。

腦電信號的采集，目前主要有有創(chuàng)和無創(chuàng)兩種形式。

有創(chuàng)是把采集信號的電極直接植入大腦，這種方法容易獲取腦電信號。但是這種方法存在一個問題，把異物植入人的大腦組織，大腦會產(chǎn)生排異反應或炎癥反應，所以不能植入太長時間。另外時間長了，信號會衰減。

無創(chuàng)是在大腦的外部設置信號捕捉器，因此，不會對人體造成創(chuàng)傷。國際上普遍采用的是腦電極帽。通過分布在頭部表層皮膚的靈敏電極，精確地觀察腦電波的波動并記錄數(shù)據(jù)。無創(chuàng)這種方法的好處是對人沒有損傷，可以一直記錄，但他的弱點是信號非常微弱。

不管是有創(chuàng)還是無創(chuàng)，采集到的信號是一些原始的腦電信號，不能用來直接控制外部設備。

1.2 分析處理信號

在對腦電信號處理之前先要進行預處理。

腦電信號是一種微弱的低頻電信號，只有百萬分之一伏。因此，在進行有效的處理、分析之前，首先必須把信號放大。

然后，因為放大的信號中還含有腦電信號范圍外的噪聲和干擾，還必須通過一定的算法，去除噪聲和干擾，提取出有用信號。這一環(huán)節(jié)叫做濾波。

最后，對提取出的有用腦電信號處理來識別人的意圖，即分析采集的腦電信號特征。比如，當人想向左走的時候，就會形成一定特征的腦電信號；想向右走的時候，又會形成另外一種特征的信號。使用機器學習軟件，通過訓練能把表征不同含義的腦電信號的特征提取并存儲在特征庫中。下一次，人在想同樣動作的時候，就把提取的特征信號與特征庫里已經(jīng)存儲的特征數(shù)據(jù)進行匹配。如果一致，就能明確人腦的意圖。

1.3 轉換控制指令

將識別出的腦波信號，根據(jù)被控對象的不同，轉換成具體的控制指令。如果控制對象是無人機，就產(chǎn)生無人機的控制信號；如果控制的是地面機器人，就產(chǎn)生機器人的控制信號。信號通過無線傳輸?shù)姆绞絹砜刂票豢貙ο?，被控對象可以是武器，也可以是類人機器人等等。

腦機接口，是在人和外部設備之間創(chuàng)建的直接連通通路。有了這個通路，人腦就可以直接控制被控對象。

2 “腦機接口”技術的軍事應用

腦機接口技術自1973年出現(xiàn)以來，經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，取得了很多突破，智能家居、意念控制玩具，醫(yī)療康復等等，應用相對成熟。在軍事上，根據(jù)目前的研究情況來看，運用腦機接口技術，未來能夠實現(xiàn)腦控。

2.1 腦控武器

腦控武器，即武器裝備按照人的大腦意念思維執(zhí)行操作。

我們對機械化、信息化武器裝備的控制，是通過人操作鼠標，鍵盤、按鈕或者用語音控制，腦機接口實現(xiàn)直接用腦控制。腦控在國際國內已經(jīng)有實驗室成功實現(xiàn)，只是還沒有在戰(zhàn)場上應用。2013年3月，英國研究人員開發(fā)出第一種用于控制飛船模擬器的“腦機接口”裝置，戴在頭上后通過人腦意念便可控制飛船模擬飛行。在軍事上，利用腦控設備，僅僅利用飛行員的意識，就可以在F-35戰(zhàn)斗機飛行模擬器中操縱戰(zhàn)斗機?？蒲腥藛T下一步的研究方向是直接用大腦去操控實際飛行。

國內在腦機接口技術方面的研究跟國際上處于同一水平。習主席在視察國防科大時強調，要大力推進科技進步和創(chuàng)新，加強自主創(chuàng)新團隊建設，在前瞻性領域占有一席之地。2013年，國防科大機電工程與自動化學院創(chuàng)新團隊研制成功腦控汽車。該車可按照人腦的思維意識啟動、加減速或轉彎。

可以相信，未來腦控戰(zhàn)斗機、腦控裝甲車、腦控槍等等都可以實現(xiàn)。武器裝備將實現(xiàn)“隨心所動”的智能化操作，做到感知即決策、決策即打擊，極大提升裝備的打擊效能，引發(fā)武器裝備操控模式革命。

2.2 腦控類人機器人

腦控類人機器人，即用人腦來直接控制類人機器人參戰(zhàn)。

就像電影《阿凡達》中那樣，用人腦來控制“阿凡達”，是武器裝備全新的智能化發(fā)展方向。

Nature雜志在2000年報道了從猴子大腦皮層獲取的神經(jīng)信號實時控制千里之外的一個機器人。本世紀初，美國投入大量經(jīng)費研究用人的意念控制機器人士兵。2004年，美軍又資助多個實驗室進行“思維控制機器人”研究。2013年，美國防部披露了一項叫做“阿凡達”研究項目，計劃在未來實現(xiàn)能夠通過意念遠程操控“機器戰(zhàn)士”，以代替士兵在戰(zhàn)場上作戰(zhàn)，遂行各種戰(zhàn)斗任務。

人腦控制類人機器人，人類用大腦去控制機器人使用武器，從而實現(xiàn)戰(zhàn)場的無人化、智能化和零傷亡。

“腦機接口”技術涉及神經(jīng)科學、認知科學、控制科學、計算機科學和心理學等多學科交叉，是科學研究的前沿領域，并于近年來發(fā)展迅猛。但是，科學技術的發(fā)展是一把雙刃劍，當我們賦予武器更多的智能的時候，我們不得不去考慮它未來將會產(chǎn)生的影響。但是，我們仍然可以大膽預測，“腦機接口”技術在軍事領域的應用必將給未來戰(zhàn)爭帶來一場新的深刻的變革。

【參考文獻】

[1]王握文，李治.“腦機接口”技術：讓“腦控”成為現(xiàn)實[N].解放軍報，2015-5-21. [2]朱雪玲.“大腦作戰(zhàn)”：未來作戰(zhàn)新樣式[N].解放軍報，2015-7-2.

[3]孫翰，張雄，張玉，郭曼云.基于腦電信號的腦機接口技術[J].安徽科技，2015，4.

[責任編輯：田吉捷]