Автоматизированное управление подвижными объектами с помощью технологии интерфейса «мозг-компьютер»

Научный потенциал российских университетов можно качественно и количественно оценить по уровню перспективности исследовательских проектов, осуществляющихся в их стенах.

Одним из таких научных проектов, над которым ведется работа на кафедре ИТАС ПНИПУ, является разработка моделей и методов, предназначенных для организации автоматизированного управления подвижными объектами с помощью технологии интерфейса «мозг-компьютер» (ИМК).

В настоящее время многие исследователи считают, что развитие этой технологии позволит человеку управлять исполнительными устройствами при помощи программно-аппаратной системы, измеряющей и анализирующей электрические сигналы мозговой активности. При этом в процессе управления между мозгом человека и исполнительным устройством будут отсутствовать такие промежуточные звенья, как мышцы и периферические нервы [1].

Исследование по данному направлению осуществляется с применением теоретических положений и практических методов цифровой обработки сигналов, математического моделирования, интеллектуальных технологий, электроники и т.д. В ходе проведения исследования публикуются научные статьи в ведущих рецензируемых журналах.

Структуру информационно-измерительной системы, разрабатываемой в процессе проведения указанного исследования, можно описать следующим образом. Специализированное устройство измеряет электрические сигналы мозговой активности оператора, осуществляет их первичную фильтрацию и передает на персональный компьютер или мобильное устройство. Далее указанные сигналы подвергаются аналитической обработке с применением специально разработанного программного обеспечения. По результатам данной обработки формируются команды для контроллера, предназначенного для управления подвижным объектом (исполнительным устройством).

В настоящее время на рынке представлено некоторое количество устройств измерения электрических сигналов мозговой активности. Данные устройства, отличающиеся по цене и функционалу, постоянно совершенствуются. Поэтому было принято решение проводить исследования без привязки к конкретному измерительному модулю. Указанная инвариантность существенно повышает универсальность системы.

Процессы распознавания, кластеризации, классификации определенных паттернов электрических сигналов мозговой активности всегда связаны с обработкой большого объема многомерных данных. В настоящее время наблюдается процесс миниатюризации аппаратных компонентов информационно-измерительных систем, что проявляется в виде требований снижения сложности вычислений, увеличения времени автономной работы от батареи и т.д. Поэтому были разработаны специализированные методы, нацеленные на снижение размерности обрабатываемых данных в системах, построенных на основе технологии ИМК [2, 3, 4].

В качестве прототипа исполнительного устройства, управляемого оператором с помощью ИМК, был разработан манипулятор, внешне и функционально имитирующий человеческую руку. Элементы манипулятора (пальцы) приводятся в движение сервоприводами, подключенными к управляющему контроллеру. Данный контроллер осуществляет все необходимые операции по позиционированию пальцев на основе данных с датчиков и команд, получаемых от ИМК. В настоящее время проводятся операции по усовершенствованию указанного прототипа.

Реализация описанного исследовательского проекта позволит качественно улучшить организацию человеко-машинного взаимодействия в производственной, медицинской, социальной и военной сферах.