Конструктор BiTronicsLab | Журнал Популярна Механіка

Розбираємо перший в світі шкільний набір-конструктор для створення пристроїв з біо- і нейроінтерфейси.

З кіно ми знаємо, що найкоротший шлях до завоювання світу - вміти читати чужі думки і користуватися силою своїх. Тим більше що зараз «мієлофон», здатний розшифровувати патерни активності нейронів мозку, виглядає вже не такою фантастикою, як за часів Колі Герасимова.

Ще в 2008 році вчені зуміли «прочитати» напрям думок піддослідних. За допомогою томографа вони розпізнали нейронні патерни, відповідні таким поняттям, як будинок або притулок, інструменти та знаряддя ... З 2016-му можливо з'ясувати основні риси обличчя, яке людина представляє в своїй уяві, або зрозуміти, про кого саме він думає. Читання думок сьогодні вже реально, якщо тільки це думки на заздалегідь задану тему. Ну а «мієлофоном» простіше стають іграшками для сьогоднішніх ровесників Аліси Селезньової. Базовий комплект інструментів є в наборі для створення біо- і нейроінтерфейси BiTronicsLab. Керувати машиною зусиллям волі? Розпізнати брехню? Виміряти сміх? Спробуємо.

Електроміограма. Реєструється електрична активність, пов'язана з напругою м'язів. Нашому пілотові виявилося досить просто зігнути руку - і його болід рвонув з місця. Електроенцефалограма Реєструється електрична активність нейронів головного мозку. Для того щоб контролювати її силою волі, потрібні наполегливі попередні тренування.

У набір BiTronicsLab входить комплект датчиків і сенсорів для зняття базових фізіологічних реакцій: скорочення м'язів, пульсу, мозкової активності. Комп'ютерний інтерфейс дозволяє читати ці сигнали, інтерпретувати і передавати на інші пристрої. Комплект сумісний з наборами Lego Mindstorms і дозволяє збирати навіть роботів на «нейроуправленіі».

Але для початку нам сподобалися Не такі складні «Міогонкі» - в них швидкість руху машинок залежить від сили скорочення м'язів пілота, до якого прикріплені датчики електроміограми. Суперником нашого силача виступив розум: ще один датчик в наборі дозволив знімати електроенцефалограму другого пілота і контролювати швидкість його автомобіля ритмами мозкової активності.

На жаль, «розум» поступився грубої м'язової силі. На відміну від свідомого скорочення скелетної мускулатури, якою ми опановуємо ще в дитинстві, управління ритмами мозку нас ніхто не вчить, так що результат був передбачуваний. Зате в процесі підготовки гонок ми розібралися з деталями конструктора BiTronicsLab і придумали інші способи застосування біо- і нейроінтерфейси в побуті.

До складу набору BiTronicsLab входить програмований модуль Arduino, комплект датчиків і спеціальне програмне забезпечення для комп'ютерів і смартфонів. Ми розповімо про кожен вид сигналів тіла, які він дозволяє зчитувати. А заодно - про те, до чого їх можна прикласти з інтересом, а то і користю.

Електроміограма (ЕМГ) і електрокардіограма (ЕКГ). Що це? Поєднаний модуль, здатний служити сенсором активності м'язів і реєструвати різницю потенціалів, яка виникає при їх скороченні або розслабленні. Інша його функція - датчик кардіосигналу, слабких електричних сигналів, які супроводжують різні фази роботи серця. Для ЕМГ два електроди кріпляться до м'яза, для ЕКГ - у серця, на грудях і збоку. Третій електрод служить опорним, дозволяючи знизити шум і краще зчитувати ці слабкі сигнали. Навіщо? «Смехометр». Закріплений на м'язах щоки сенсор ЕМГ допоможе оцінити силу і час її скорочень після анекдоту. Зміна параметрів електроміограми дасть можливість неупереджено встановити, смішний він або не дуже.

Транскраніальна магнітна стимуляція (ТМС) *

* Поки в наборі такого модуля немає - але якщо нейротехнологии продовжать розвиватися тими ж темпами, в одній з майбутніх версій він обов'язково з'явиться.

Що це? Спрощено кажучи, це інструмент, зворотний електроенцефалографу: замість того, щоб реєструвати активність нейронів зі зміни їх електричних полів, він сам впливає на їх активність, впливаючи зовнішнім полем. У лабораторних експериментах за допомогою ТМС вдавалося викликати, наприклад, неконтрольований потік спогадів або містичні переживання, а медики купіруют їм деякі нейрологические симптоми. Навіщо? Обмін думками на відстані. Якщо в майбутньому методи ЕЕГ і ТМС досягнуто більшого досконалості, вони дозволять безпосередньо обмінюватися думками один з одним, передаючи їх з мозку в мозок - як між частинами єдиної нервової «суперсистеми».

Шкірно-гальванічна реакція (КГР). Що це? Датчик для вимірювання електричної провідності шкіри: навіть добре приховане хвилювання супроводжується невеликим виділенням поту, який збільшує її електропровідність і проявляється в даних різкою зміною сигналу КГР.

Навіщо? Поліграф - або просто «детектор брехні». У професійних системах може використовуватися більше двох десятків фізіологічних показників, але КГР, ЕКГ, ЕМГ і пульс - це мінімальний достатній набір. Звичайно, серйозний аналіз реакції на питання вимагає підготовки і знання спеціальних методів. Але викрити злодюжку, який поцупив цукерки з полиці, можна спробувати і в домашніх умовах. Характерний стрибок КГР скаже про підозрілий хвилюванні.

Електроенцефалограма (ЕЕГ). Що це? Сенсор мозкової активності, що фіксує електричні імпульси, що виникають в нейронах головного мозку. Реєструє хвилі активності, характерні для різних станів неспання і сну (альфа-, бета-, тета-, дельта- і гамма-ритми).

Навіщо? «Мегамозок». Вважається, що альфа-хвилі характерні для більш спокійних станів, і досвідчені майстри медитації повністю занурюються в них під час своїх трансів. Система «Мегамозок» пропонує інноваційний спосіб домогтися того ж. Сигнали ЕЕГ передаються на комп'ютер і перетворюються в команди для радіокерованого квадрокоптера, дозволяючи запустити його в повітря простим «зусиллям волі». Втім, спочатку не таким вже й простим: «Мегамозок» вимагає тренування.

Акселерометри і гіроскопи. Що це? Об'єднаний датчик руху: акселерометри фіксують лінійне прискорення, а гіроскопи - зміна орієнтації в просторі. Навіщо? «Кіберрука». Поєднання сенсорів ЕМГ з модулем акселерометрів і гіроскопів дозволить зчитувати точні сигнали про стан та рух руки в просторі. Ці дані можна передавати на роботизований маніпулятор - наприклад, зібраний на платформі Lego Mindstorms, з якої конструктор BiTronicsLab повністю сумісний.

Стаття «Смехометр і інші» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №8, серпень 2016 ).