石墨烯傳感器助力“意念控制”機器人

一種集成到藍色頭帶中的新傳感器僅使用腦電波就可無線控制機器人。圖片來源：《ACS應用納米材料》

科技日報北京4月6日電 （記者張佳欣）戴上專門的電子頭帶，用人的意念控制機器人，這聽起來似乎只是科幻小說中存在的情節(jié)。但現(xiàn)在，發(fā)表在美國化學會《ACS應用納米材料》上的研究向?qū)崿F(xiàn)這一目標邁出了一步。通過設(shè)計一種不依賴于黏性導電凝膠的特殊3D圖案結(jié)構(gòu)，澳大利亞悉尼科技大學團隊創(chuàng)造出了可測量大腦電活動的“干式”傳感器，在不平整的頭部曲線和千絲萬縷的頭發(fā)中也能輕松使用。

醫(yī)生使用腦電波監(jiān)測來自大腦的電信號，其中專門的電極被植入或放置在頭部表面。腦電波有助于診斷神經(jīng)疾病，但它也可被結(jié)合到腦機接口中，這種接口使用腦波來控制外部設(shè)備，如假肢、機器人甚至視頻游戲。

大多數(shù)非侵入性的產(chǎn)品都使用“濕”傳感器，這些傳感器用一種黏糊糊的凝膠貼在頭上，會刺激頭皮，有時還會引發(fā)過敏反應。

作為替代方案，研究人員一直在開發(fā)不需要凝膠的“干式”傳感器。盡管像石墨烯這樣的納米材料可能是一個合適的選擇，但它們扁平和典型的片狀性質(zhì)使它們與人類頭部不平坦的曲線不相容，尤其是長時間使用時。因此，研究人員想要創(chuàng)造一種基于多晶石墨烯的3D傳感器，可準確地監(jiān)測大腦活動，而不會產(chǎn)生任何黏性。

該團隊創(chuàng)造了幾種具有不同形狀和圖案的3D石墨烯涂層結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)的厚度約為10微米。測試表明，石墨烯傳感器在枕骨區(qū)域的彎曲、頭發(fā)茂盛的表面效果最好，枕骨區(qū)域是大腦視覺皮層所在的頭顱底部位置。

研究小組將8個這樣的傳感器整合到一個彈性頭帶中，并固定在枕骨區(qū)域。當與顯示視覺提示的增強現(xiàn)實耳機相結(jié)合時，電極可檢測到正在觀看的提示，然后與計算機合作，將信號解析為控制四條腿機器人運動的命令，該過程完全解放雙手。

盡管新電極的工作效果不如濕式傳感器，但研究人員表示，這項工作代表著朝著開發(fā)堅固、易于實現(xiàn)的干式傳感器邁出了第一步，可幫助擴大腦機接口的應用。