以智能手机的脑机接口为基础,让残障人士轻松控制家电

2020-10-13 14:49   来源: 互联网    浏览次数:3416

一项研究提出了一种基于智能手机的脑 - 计算机接口(BCI) 的家庭护理系统(HCS)。在没有照顾者的情况下,HCS 每天帮助残疾人。这项研究有两个目的:(1) 开发一个基于 BCI 的家庭护理系统,以帮助最终用户控制他们的家用电器;(2) 评估患有运动障碍的人是否可以使用 HCS 的结构。运动条被用来唤起用户大脑中与事件相关的电位,系统会立即处理这些电位,以解码用户的意图。然后,系统将这些意图转换为应用程序命令,并通过蓝牙将其发送到用户的智能手机,以便进行紧急呼叫或执行相应的应用程序,以发送红外线信号来控制家用电器。利用 N2P3 组件识别目标和非目标,可以提高系统的效率。

基于智能手机的脑机接口让残障人士轻松控制家电

研究背景


如今,短距离遥控器在日常生活中得到了广泛的应用。红外线辐射,有时被称为红外光,是一种比可见光波长的电磁辐射。红外线不能穿过墙壁。因此,在相邻的房间里,使用相同红外波长的遥控器不会相互干扰。相反,在一个房间里,所有设备的红外波长应该是不同的。因此,每个家用电器都有一个特殊的遥控器。


患有闭锁综合征(LIS)、肌萎缩侧索硬化症(ALS)、脊髓损伤、先天性或意外神经损伤的人在肢体运动技能的发展过程中可能会遇到严重的障碍,但大多数人在不清楚时大脑功能正常,他们想表达的要求不被理解。由于逐渐丧失活动能力,这些人可能需要 24 小时的个人护理。



脑电脑接口(BCI) 系统对这一群人来说是可行的。BCI 允许他们控制外部设备,并使他们能够自己执行一些任务。BCI 系统是连接人脑及其周围环境的系统。它使人们能够用脑电波与他人交流,而不动他们的肌肉。有不同的技术来测量大脑的活动。其中,脑电图(EEG) 以其成本低、携带性好、时间分辨率高等优点成为目前最常用的方法。在过去的 20 年中,无创 / 刺激驱动 / 视觉 BCI(VBCI) 系统的研究激增。这种脑缺血系统通过脑电图(EEG) 获取使用者大脑皮层表面的脑电位。


基于 EEG 的脑梗死模式有四种:事件相关去同步(ERD/ERS)、稳态视觉诱发电位(SSVEP)、事件相关电位(ERP) 和慢皮层电位(SCP),其中基于 ERP 和 SSVEP 的脑梗死模式比其他脑梗死模式更实用,因为它们支持大量的输出指令,且训练时间短。


然而,由于缺乏高精度和可靠性,传统的 BCI 系统由于信息传输速率低和用户可接受性差而无法实用。首先,在视觉 BCI 系统中,虽然凝视并不是基于视觉 ERP 的 BCI 提高性能的一项要求,但在系统中,我们更倾向于用户盯着 GUI 选择一个选项。如果用户失明或无法凝视屏幕,则使用听觉 BCI 更为合适。


创新


在这项研究中,研究人员提出了一种基于智能手机的脑 - 计算机接口(BCI) 的家庭护理系统(HCS)。该系统由三个部分组成:信号采集、信号处理和信号应用。


图 1 HCS 系统结构,包括基于 erp 的 VBCI 系统及其应用


VBCI 模块(如用于通信或控制的其他人机接口系统)包括一个输入 / 输出过程。BCI 模块需要通过 EEG 输入来自用户脑电波的信号。系统中的 EEG 设备由 32 个通道组成,采用典型的非侵入方式。


在用户的智能手机上显示应用程序界面。


VBCI 模块通过 Arduino 和 HC- 5 蓝牙模块将通信信号输出给用户的智能手机。通信信号首先在用户的智能手机 ICAI 1101 上执行一个应用程序,这是作者开发的。当 BCI 模块识别用户想要的选项时,它会向用户的智能手机发送一个命令信号来控制 ICAI 1101。然后用户智能手机的 GUI 将根据用户的选择而改变。如果用户被管理员包围,他们可以跟踪用户的需求,并通过直接使用用户智能手机的 GUI 来帮助用户。

基于智能手机的脑机接口让残障人士轻松控制家电

在这项研究中,15 名健康人和 7 名运动障碍患者(包括一名 ALS 患者)参加了临床试验。

基于智能手机的脑机接口让残障人士轻松控制家电

结果显示,残疾组的准确率低于健康组,但差异无统计学意义,残疾组的平均准确率(78.10%) 高于 75%,比特率分析的结论与准确性分析的结论相似,因此,当用户选择该选项时,目标选项的准确性在短时间内超过 3 /4,因此,HCS 是一种适用于残疾人的可行系统。

基于智能手机的脑机接口让残障人士轻松控制家电

对 15 名健康受试者的正确率和位速率进行了总结。


结论


总之,这项研究提出了一种家庭护理系统,将 BCI 与智能手机结合起来。HCS 可以帮助终端用户、行动不便的人打紧急电话或控制他们的家用电器。因此,最终用户只能通过眼球肌肉的移动来照顾自己。




责任编辑:萤莹香草钟
分享到:
0
【慎重声明】凡本站未注明来源为"前瞻科技网"的所有作品,均转载、编译或摘编自其它媒体,转载、编译或摘编的目的在于传递更多信息,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其他问题需要同本网联系的,请在30日内进行!