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意大利研究人员开发出新架构可通过P300的脑机接口操作辅助机器人

2019-11-17 19:02:33
意大利研究人员开发出新架构可通过P300的脑机接口操作辅助机器人

日前,意大利卡西诺大学和南拉齐奥大学的研究人员最近开发出了一种尖端的架构,可以通过基于P300的脑机接口(BCI)操作辅助机器人。这种架构最终可以让严重运动障碍的人执行操作任务,从而简化他们的生活。研究人员开发的系统基于轻型机器人操纵器。本质上,该操纵器通过基于P300范例的脑机接口从用户接收高级命令。在神经科学中,P300波是决策过程中人类大脑引起的反应。

研究员菲利珀·阿瑞切诺(Filippo Arrichiello)说:“我们工作的主要目标是实现一个允许用户通过脑机接口为机器人操纵器生成高级指令的系统。然后,这些指令被转换为机器人操纵器的动作命令,自动完成指定的任务,同时确保用户的安全。”

研究人员开发的架构有三个关键组件:P300脑机接口设备,辅助机器人和感知系统。

阿瑞切诺和他的同事将这三个元素集成在ROS环境中,这是一个着名的机器人应用软件中间件。该架构的第一个组件是P300脑机接口设备,通过脑电图(EEG)测量大脑中的电活动。然后它将这些大脑信号转换为可以馈送到计算机的命令。

阿瑞切诺解释说:“脑机接口的P300模型使用用户大脑对外部刺激的反应,即屏幕上的图标闪烁,允许用户通过每次想要的图标做出反应(例如,通过计数)来选择屏幕上的元素闪烁。这允许用户在一组预定义元素中执行一组选择,并为机器人构建关于要执行的动作的高级消息,例如操纵对象。”

为了执行用户所需的动作,研究人员使用了一种名为Kinova Jaco的轻型机器人操纵器。 该辅助机器人的控制软件接收用户通过脑机接口生成的高级指令,并将其转换为动作命令。 它的运动是通过闭环逆运动算法控制的,可以同时管理不同的任务。

阿瑞切诺说:“我们研究的最终目标是朝着建立可靠有效的机器人设置的方向发展,这种设备最终可以帮助严重行动障碍的用户自主地进行日常生活操作,而不需要护理人员的持续支持。”当研究人员开始研究由脑机接口驱动的辅助机器人时,他们首先试验了一个由单个固定基座操纵器组成的系统,该操纵器通过标记和预先配置的用户界面识别物体。 他们现在已经大大改进了这种架构,以至于它允许用户处理更复杂的机器人系统,例如具有双臂的移动机器人。

阿瑞切诺说:“我们还改进了感知模块,现在可以根据形状识别和定位对象。最后,我们致力于感知模块和图形用户界面(GUI)之间的交互,以根据感知模块的检测创建GUI动态(例如,用户的界面根据识别的对象的数量和类型进行桌子上感知模块的更新。“为了评估其架构的性能和有效性,阿瑞切诺及其同事进行了一系列初步实验,取得了非常有希望的结果。

将来,他们的系统可以改变受运动障碍和身体伤害影响的个人的生活,使他们能够完成各种各样的操作任务。阿瑞切诺表示:“未来的研究将首先旨在提高架构的稳健性和可靠性,除了增加系统的应用领域,我们将还测试不同的脑机接口范例。“

文章来源:技术力量

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