首页 > 应用 美国脑机接口技术发展及军事应用 军工资源网 2021年12月20日 脑机接口(BCI)是一个新兴的技术领域，它是在人或动物脑与外部设备间建立直接通信途径的方法和系统设备，双向脑机接口允许脑和外部设备间进行双向信息交换。迄今为止，BCI在军事领域的公开讨论很少。2020年8月27日，美国智库兰德公司发布了《脑机接口在美国军事应用中作用的初步评估》研究报告，认为BCI技术很可能在未来的战场上具有实际用途，如提高通信速度，增强环境态势感知能力，并允许操作员同时控制多个技术平台。由BCI促进的直接脑对脑交流似乎为操作使用提供了最具变革性的应用程序，但也带来了最重大的操作和制度风险。随着世界各国的军方越来越多地将人工智能(AI)和半自主系统纳入其行动，BCI可以提供一种重要的手段来扩展和改进人机协作，但开发和使用BCI技术目前也存在潜在的道德和法律风险。脑机接口的技术特点脑机接口(BCI)是一种基于计算机的系统，它能够获取大脑信号，对其进行分析，并将其转换为命令，这些命令会中继到输出设备以执行所需的操作。BCI处理的信号是来自大脑活动的电信号，这些电信号从头皮、皮质表面或皮质中的电极测量。BCI技术使人类能够直接控制机器，而不受身体的物理限制。BCI工具分为侵入式和非侵入式，非侵入性工具通常使用位于头部附近的传感器来跟踪和记录大脑活动。这些工具可以轻松放置和移除，但其信号较弱，并且不够精确。侵入性BCI工具需要手术。电子设备需要植入颅骨下方，直接进入大脑，以针对特定的神经元组。目前科学家正在开发的BCI植入物很小，可以同时激活多达一百万个神经元。例如，美国加州大学伯克利分校的一个研究团队创造了大约一粒沙子大小的可植入传感器，称之为“神经尘埃”。侵入性工具可能会在大脑和设备之间产生更清晰、更准确的信号。但与任何手术一样，植入它们所需的程序会带来健康风险。加州大学伯克利分校的研究人员开发的“神经尘埃”可植入传感器不过现在的侵入性工具也有了新的植入方案。2021年8月，美国Synchron公司开发的微创脑机接口获得美国食品药品监督管理局(FDA)的人体临床试验批文，取得得重大突破。Synchron开发的Strentrode BCI设置小巧灵活，可以安全地穿过弯曲的血管，因此Synchron直接利用神经血管平台，即通过颈静脉植入BCI，使用导管手术将技术输送到大脑和脊柱中，在两小时手术内即可安置完成，无需开颅手术就将设备植入了患者大脑内。由于不需要开颅手术，因此这种传感器可以灵活布置在大脑多个位置，从而捕捉各种类型的信号。与传感器相连的BrainPort接收装置植入病人的胸口，它没有内置电池，而是通过无线的方式进行供电以及数据传输，进一步提升了安全性。通过Synchron研发的BrainOS操作系统，可以将传感器读取到的信号转化为与外界交互的通用信号，从而实现用大脑与外界交流沟通。BrainPort接收装置在胸口位置进行供电及数据传输美国脑机接口技术发展现状当前美国大多数BCI军事技术仍处于开发的早期阶段，并由国防高级研究计划局(DARPA)、陆军研究实验室、空军研究实验室和其他组织积极研究和资助。早在1970年，DARPA就开始组建脑机接口研究团队，此后这一技术的研究长期缺乏突破性进展，其军事应用也缺乏引人注目的亮点。2015年，DARPA立项研发赋予战斗机飞行员同时操控多架飞机和无人机能力的技术和系统。至2018年9月，DARPA脑机接口项目负责人宣称：“借助脑机接口技术和辅助决策系统，战斗机飞行员已能同时操控3架不同类型的飞机。”飞行员利用BCI同时操作三架飞机目前DARPA有几个正在进行的神经技术开发计划，例如：下一代非手术神经技术(N3)计划，该计划旨在开发具有读写大脑活动能力的非侵入性脑机接口，供健康的军人使用;神经工程系统设计(NESD)计划，旨在开发BCI以恢复受伤服务人员的视力和听力。其他神经技术开发项目由美国空军、美国陆军和美国海军资助。美国陆军作战能力发展司令部(DEVCOM)的一项综合研究强调了未来作战环境的四种神经技术应用，包括视觉和听觉增强、具有程序化肌肉控制的可穿戴外骨骼、通过BCI直接控制武器系统以及脑对脑服务成员之间的交流。美国空军尤其热衷于人机协作，将有人驾驶的飞机和人工智能驱动的无人机无缝连接起来进行空战，开发项目包括空军的“下一代空中优势”(NGAD)第六代战斗机，以及Skyborg计划为“忠诚的僚机”无人机开发基于人工智能的大脑。布朗大学Nurmikko实验室开发的由数千个无线“神经元”组成的可植入神经假体该小组正致力于创建一个“皮质内联网”，每个神经元都独立运行DARPA2019年，DARPA选择了Battelle和包括约翰霍普金斯大学应用物理实验室在内的一共6个团队来开发N3神经技术研究计划，试图将人脑与军事设备联系起来。N3旨在为美国军方提供高精度的双向脑机接口系统，使服役人员能够与计算机系统进行通信，并管理网络系统和成群的无人机。如果N3成功，这种可穿戴神经接口系统可以在几毫米的范围内与大脑进行通信，这种设备不需要手术植入，可以使用光学、声学或电磁学来读取神经活动或在大脑和设备之间发送信号。2020年12月，Battelle公司表示该团队将负责N3计划的第二阶段，并为其基于磁电纳米换能器(MEnT)的BCI概念提供成熟的设计方案，该技术需要在神经组织中注射MEnT，然后由磁铁引导到大脑中的目标位置。图表：NESD目标系统性能指标资料来源：DARPADARPA也是2013年由美国国立卫生研究院(NIH)发起的“通过推进创新神经技术进行脑研究(BRAIN)”计划的关键参与者，该计划旨在提高对人脑的理解。与BRAIN相关的计划是“神经工程系统设计”(NESD)，该计划旨在开发一个接口，该接口可以读取106神经元，写入105神经元，并与103神经元双向交互，其规模远远超过现有神经技术的可能性。要取得成功，NESD需要跨学科的综合突破，包括神经科学、低功耗电子学、光子学、医疗设备封装和制造、系统工程和临床测试。除了硬件之外，NESD执行团队正在开发先进的数学和神经计算技术，首先在电子和皮层神经元表示之间转码高清感官信息，然后以最小的保真度和功能损失压缩和表示这些数据。如果该计划成功，这项工作有可能显著提高科学家对视觉、听觉和言语神经基础的理解，并最终可能为患有感觉缺陷的受伤军人提供新的治疗方法。此外，NESD工具可以对高度集成的神经电路的架构和处理产生新的理解。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室，时长02:05约翰·霍普金斯大学展示通过在混合现实环境中整合神经刺激来“感受”虚拟物体的能力2021年6月，美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的研究参与者通过脑机接口成功触摸和感受虚拟物体，该研究是由美国国防高级研究计划局(DARPA)资助的神经增强操作(NEO)项目的一部分。该研究的参与者在17岁时遭受了脊髓损伤，被诊断为不完全四肢瘫痪，手臂和手部保留了一些运动功能和知觉。2019年，他在约翰霍普金斯医院接受了12小时的脑部手术，成为第一个在大脑的两个半球植入慢性微电极阵列的研究参与者。通过实验室构建的虚拟感知系统，试验参与者可以通过HoloLens看到和操纵的虚拟对象，这种感知模式超过触觉感知，目前甚至可以加入增强视觉和听觉，未来甚至还可以加入嗅觉、味觉或本体感觉。这种直接的神经输入会直接改变现在的触觉手套等不完美的VR解决方案。Neuralink公司脑机接口结构以及神经信号解码方式Neuralink公司美国Neuralink公司正试图开发一种完全植入的、无线的、高通道数的脑机接口(BMI)，目标是让瘫痪的人能够直接使用他们的神经活动，快速、轻松地操作计算机和移动设备。2019年7月Neuralink公司展示了一款产品：用一台神经手术机器人，在脑部28平方毫米的面积上，植入96根直径4～6微米的“线”;外部设备通过USB接口与植入部分连接。Neuralink公司声称已经成功读取小鼠和猴的大脑信号。2020年8月Neuralink公司的展示增加了新的内容。马斯克向现场观众介绍了一只大脑中植入脑机接口设备的小猪。神经链接公司展示的最新脑机接口的功能仍很简单：可以直观观察小猪大脑活动的电波信号，设备和系统可以根据小猪的脑电波信号，对小猪的下一步运动进行准确预测。这意味着新的脑机接口产品不仅能够从大脑中获取信息，还能进行初步的信息解码和理解判读。 理事单位more 辽沈工业集团有限公司 中国长城工业集团有限公司 湖北航天化学技术研究所 网站已关闭 您的网站已到期，请及时续费联系电话：400-606-1198
