《与犯罪对抗的每一天》脑科学科普站

52、第 52 章

　　在eLight上发表的一篇新论文中，由东南大学毫米波国家重点实验室、华南理工大学、新加坡国立大学合作开发出了电磁脑机超表面（EBCM），利用它可以灵活且无创地控制信息合成和无线传输。EBCM不仅可以将操作者的大脑信息转换成脑电信号，进一步转换成各种电磁指令，而且还可以实现两个操作者之间的无线“心灵交流”。

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　　网页截图

　　脑机接口(BCI)可以建立大脑和设备之间的通信，检测和区分人类意志。而超表面编码与主动元件的结合,则将电磁机由此前的静态被动控制,转变为实时和程序化控制。通过一顶“特殊帽子”收集来自大脑的信号，脑机接口可以解读操作者的意图并直接向受控对象发送指令，整个过程不需要操作者进行肌肉活动。

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　　工作原理如图所示，显示器放在操作人员的面前，显示相关的命令。通过简单地启动所需的命令， EBCM可以理解操作者的意图，并实现多种电磁功能，包括可视波束扫描、波形调制和模式编码等。

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　　EBCM 的系统架构 | 参考文献[2]

　　研究人员设计并实验演示了基于电磁脑机超表面（EBCM）的无线文本通信。如上图所示，脑机接口（BCI）操作员可获得一个文本GUI（图形用户界面），其中视觉控制按钮被直接编码为“0”和“1”组成的特定编码序列。实验中采用高增益单光束模式和低增益随机散射模式区分超表面反射的振幅，分别对应于无线信息传输的编码“1”（高振幅）和“0”（低振幅）。

　　作为示范，研究人员演示了EBCM通信系统中，文本从一个操作员到另一个操作员的无线传输。操作员A作为文本发送者，通过视觉控制EBCM GUI上的字符按钮来发送信件。目标字母从脑电信号中解码后，在FPGA芯片上基于ASCII的编码序列来切换时变模式，操纵超表面将信息发送到空间中，由另一个操作者的EBCM接收、解调并呈现。

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　　使用EBCM的无线文本通信 | 参考文献[2]

　　使用基于P300的脑机接口，每个字符的平均输入时间约为5秒，应用一些快速拼写范例还可以提高文本输入速度。同样值得一提的是，基于P300的脑机接口在各种非侵入性脑机接口中具有很高的准确性和稳定性。

　　这项工作结合了电磁波空间和脑机接口，可能进一步开辟一个新的方向，进而探索超表面、人脑智能和人工智能的深度集成，从而建立新一代的生物智能超表面系统。

　　参考文献

　　[1] https://www.eurekalert.org/news-releases/955604

　　[2] Ma, Q., Gao, W., Xiao, Q. et al. Directly wireless communication of human minds via non-invasive brain-computer-metasurface platform. eLight 2, 11 (2022). https://doi.org/10.1186/s43593-022-00019-x

　　编译：绿洲

　　编辑：靳小明

　　排版：尹宁流

　　题图来源：Pixabay

　　研究团队

　　通讯作者仇成伟：新加坡国立大学电机与计算机工程系

　　通讯作者李远清：华南理工大学自动化科学与工程学院，琶洲实验室

　　通讯作者崔铁军：东南大学电磁空间科学与技术研究院，东南大学大学毫米波国家重点实验室，琶洲实验室

　　（共同）第一作者马骞：东南大学电磁空间科学与技术研究院，东南大学大学毫米波国家重点实验室，琶洲实验室

　　（共同）第一作者高炜：华南理工大学自动化科学与工程学院，琶洲实验室

　　论文信息

　　发布期刊eLight

　　发布时间2022年06月11日

　　论文标题Directly wireless communication of human minds via non-invasive brain-computer-metasurface platform

　　（DOI：https://doi.org/10.1186/s43593-022-00019-x）

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