脑电波对微型机器人的控制

秦康春凤

上海交通大学医学院本科生

1　概要描述

1.1　脑电波控制技术与微型机器人技术

脑电波控制技术，正是人们常说的“意念控制”，相关的科学研究已经持续了半个世纪，而这个听起来“神乎其神”的想法已经变为现实。正如人类进行每项生理活动机体都会产生电流，大脑在思考时也会产生微弱的电流，用仪器测量便可看到波浪般起伏的“脑波”。通过对于脑电信息的分析解读，并进一步将其转化为动作指令，就是脑电波控制技术的关键所在。目前这项技术大多应用在医学领域，如癫痫的治疗、思维控制的义肢等。

大规模集成电路制作设备与技术之上的微型机械技术的发展，则为微型机器人的产生提供了良好契机。组成微型机器人有四个关键部分：微执行器、微传感器、微能源、控制系统，而这四部分都少不了微型机械技术的应用。目前国外从事微型、超微型机器人开发研究的国家主要是美国、日本、德国，而日本东京大学Mamoru等人研究的机器人微作业系统可用于外科手术。

1.2　脑电波控制微型机器人的挑战

将脑电波控制技术和微型机器人技术结合在一起，带来的效益是不可估量的，目前，国内也陆续有一些脑电波控制微型机器人出现，如图1和图2所示，然而在技术控制层面却也面临着巨大的考验。

就脑电波控制技术来说，一方面人脑的结构过于复杂，人类对它的研究还在比较初级的阶段；另一方面，由于头盖骨结构致密，屏蔽了大量脑电信号，使得脑电波测量困难，阻碍技术进一步发展。就微型机器人的制造，在与四个组成部分对应的微执行器技术、检测技术、能源供给、控制技术方面都有不同的瓶颈：

图1　脑电波控制的Thynkbot机器人^[1]

图2　昆虫大小的微型机器人^[2]

（1）微执行器技术　作为微机械发展的关键部分，实用性的微执行器还很少，且存在设计、控制精度、环境影响等重要问题。

（2）检测技术　作为机器人的感觉器官，传感器必须满足拾取信息、传递信息的功能，同时还需满足尺寸小、分辨率高、稳定性和可靠性好、时间响应快等特点。

（3）能源供给　对于无缆微型机器人，电源分为内部供应型和外部供应型两种。内部型主要用电池储能，其连续性好但很难小型化。外部型的四种主要供能方式：① 光供应；② 电磁供应；③ 超声波；④ 机械振动都存在不同程度的技术问题。

（4）控制技术　微机器人的控制关键是在微小控制水平上的集成，即集成的机载控制器。目前这个技术还没有很好地解决，有待计算机和部分外设集成技术的突破。

2　应用前景

脑电波控制的微型机器人可用于各个领域：若应用于医学领域，脑电波控制可使微型机器人在人体内特定部位准确取样，投放药物，甚至是进行手术，相对于大规模手术即降低成本，又最大程度地减少了患者的痛苦，同时也更加准确高效；应用于机械制造与维修，对于大型精密的器械，有着精巧身体和人类大脑操控的微型机器人相比于人手维修更有优势；除此之外，农业（如防治害虫等）、通讯（在极端地区储存传输图像等）、军事（信息侦查等）等领域也可有脑电波操纵的微型机器人的一席之地。

【注释】

[1]中国品牌网.

[2]重庆商报.