本報天津2月18日電（記者董山峰、王藝釗 通訊員焦德芳）穿戴無創腦機接口設備就能操作無人機？日前，天津大學腦機海河實驗室和清華大學集成電路學院共同開發了一款基于憶阻器神經形態器件的新型無創演進腦機接口系統，并首次揭示了腦電發展與解碼器演化在腦機交互過程中的協同增強效應，成功實現了人腦對無人機的高效四自由度操控。相關成果于近日在《自然·電子》上在線發表。
腦機接口能實現大腦與機器直接信息交流，促進生物智能與機器智能融合，被公認為是新一代人機交互和人機混合智能的核心技術。如何通過腦機之間的信息交互實現“互學習”，進而促進腦機智能的協同演進，是突破腦機性能瓶頸的重點和難點。
天津大學與清華大學研究團隊發現，腦電信號中的非平穩特性不僅來源于傳統觀點認為的背景腦電變異，而且與閉環腦機交互引導下的任務腦電演變密切相關。基于這一發現，團隊通過憶阻器神經形態器件構建了全新的腦機接口系統，提出了“雙環路腦機協同演進框架”。在雙環路框架下，“機學習”環路中的憶阻器解碼器通過適應腦電信號波動完成解碼參數更新，“腦學習”環路中的任務相關腦電特征在“決策—反饋”循環的引導下不斷正向演化。
相比于傳統純數字硬件方案，憶阻器新方案的歸一化解碼速度提高了2個數量級（百倍）以上，能耗降低了3個數量級（千分之一）以下，高效支撐了四自由度腦控無人機任務目標的成功實現。在連續6小時的長時程腦機交互實驗中，大腦和解碼器的貢獻比例呈現動態變化，最終腦機接口性能實現了約20%的準確率提升。
“這項研究首次提出了腦機協同演進的概念，并基于憶阻器神經形態器件完成了技術驗證，為未來實用型腦機接口系統提供了重要的理論基礎與技術支撐，也為腦機融合智能的發展開辟了新的方向。”國家高層次人才計劃入選者、天津大學腦機海河實驗室教授許敏鵬表示。“我們這款系統未來計劃拓展到更多便攜式或可穿戴腦機接口設備中，服務于消費級、醫療級等各類智能人機交互實用場景。”
據了解，該研究由天津大學與清華大學團隊合作開展，天津大學腦機海河實驗室團隊完成協同演進腦機接口軟件系統設計與范式算法實現，清華大學集成電路學院團隊完成協同演進憶阻器神經形態器件硬件設計及憶阻器算法設計部署。
