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在被譽為是賽博朋克史詩的《攻殼機動隊》中，全身“義體化”的公安 9 課隊長草薙素子的形象令人難忘，電影中對于腦機接口技術與人類自我意識核心“Ghost”之間關系的探討也讓我們無限回味。
回歸現(xiàn)實，在「宇宙網紅」Elon Musk 的大力推廣下，我們對腦機接口技術也不再陌生。
對于非植入式腦機接口而言，頭戴電極可檢測大腦信號，收集分析數(shù)據，發(fā)出相應指令，控制外部設備。
那么，如此硬核的裝置只能擺在實驗室里嗎？并不！
來自奧地利約翰內斯·開普勒大學林茨分校的研究人員，聯(lián)合醫(yī)療工程公司 G.tec 研發(fā)人員及時尚設計師 Anouk Wipprecht 就設計了一套特別的腦機接口裝置——與其說是裝置，不如說是禮服。
這套「禮服」有個直男但又形象的名字：Pangolin dress（翻譯過來是“穿山甲連衣裙”）。
前不久，Pangolin dress 曾在奧地利電子藝術節(jié)（Ars Electronica Festival）上亮相。在素來密切關注藝術、科技和社會三者相互聯(lián)系的奧地利電子藝術節(jié)上，這一設計堪稱是藝術、能量采集與機器學習的一次美妙結合。
藝術與科技美妙結合
那么，既是藝術展品，又涵蓋尖端科技，Pangolin dress 具體有哪些特別之處呢？
據 IEEE 報道，Pangolin dress 共包含 1024 個獨立的頭戴電極（共 64 組，每組 16 個），可探測到大腦的電信號。收集到信號之后，所獲取的數(shù)據將被組合、分析、轉換。
比如說，當佩戴者決定主動移動一塊肌肉時，這一動作會在大腦運動皮層中觸發(fā)一種「局部活動模式」，這種模式是能被檢測和識別到的。
G.tec 公司聯(lián)合創(chuàng)始人 Christoph Guger 表示：
通過 1024 個獨立電極通道，我們甚至可以獲得單個手指的分辨率。這是非植入式腦機接口設備的電極通常無法做到的。
原因就在于，一般情況下腦機接口僅僅有 64 個電極通道，只能用來區(qū)分運動區(qū)域——例如，身體剛剛作出的動作是由左臂還是右臂完成。
實際上，由于每個佩戴者的大腦存在差異，要想準確識別細節(jié)，還需對系統(tǒng)進行校準。
為此，研究團隊的設計是：通過機器學習識別與不同動作相關的模式。
簡單來講，系統(tǒng)實際上并不要求佩戴者移動任何特定的肌肉，佩戴者只需想象執(zhí)行一個動作。
背后的邏輯是，大腦想象一個動作往往比實際執(zhí)行更花時間，產生的信號也更持久，所以機器學習起來就更容易。
可以說，這種技術完全適用于癱瘓患者。在此基礎之上，Christoph Guger 甚至有個想法：未來可以設計一種用腦機接口控制的外骨骼裝置，造福癱瘓群體。
數(shù)據一經組合、分析、轉換，Pangolin dress 就會出現(xiàn)顏色變換。也就是說，穿上 Pangolin dress 后，大腦神經活動將在身體上以可視化的方式呈現(xiàn)。
令人眼前一亮的是，Pangolin dress 還可以通過不同顏色反映佩戴者所處的精神狀態(tài)，比如緊張（白色）、平靜（藍色）、沉思（紫色）等等?？梢姡@已經不僅僅是意念控制設備了，更像是設備反映意念。
而這種設計的背后正是包含了 32 個 Neopixel LED 的陣列和 32 個伺服驅動秤（servo-driven scales）。
單通道定制芯片
值得關注的是，研究人員設計了連接到每個電極的定制芯片——按 IEEE 的話說，這是最主要的技術進步。
具體而言，這種定制芯片為單通道芯片，側面尺寸 1.6 毫米，集成了一個放大器、一個模數(shù)轉換器（ADC）和一個數(shù)字信號處理器，功耗小于 5 毫瓦。
由于功耗小，這種芯片可通過附近的基站，以非接觸式射頻識別芯片的方式驅動，并以無線方式返回數(shù)據。據介紹：
通過無線方式給供電芯片并與之通信，穿戴者不再被拴在以往的有線測試系統(tǒng)上，這種設計還可減少傳統(tǒng)無線系統(tǒng)中電池的體積和重量。
即便設計了定制芯片，團隊也沒有一味追求奇異的制造技術。Pangolin dress 項目負責人、奧地利約翰內斯·開普勒大學林茨分校團隊的 Thomas Faseth 解釋道：
我們的原則是控制技術成本，團隊所使用的是 180 納米制造技術，但我們還通過一些先進的電路設計技巧實現(xiàn)了更高的性能。
值得一提的是，Pangolin dress 中，每組電極和芯片都被安裝在一塊瓷磚上。從下圖可以看出，穿戴者的頭部完全被瓷磚覆蓋，各個連接了天線。
這件「穿山甲連衣裙」有著模塊化的設計，其靈感正是來源于穿山甲富有光澤的角蛋白鱗片——它結合了剛性和織物元素，其中剛性元素采用的是選擇性激光燒結技術（selective laser sintering），9 個環(huán)環(huán)相扣的部分通過 3D 打印完成。
整體上，Pangolin dress 兼具超低能量、高分辨率、高靈敏度的特點。但為了做出最終的設計，也并不容易。
據了解，Pangolin dress 團隊就曾遇到了以下挑戰(zhàn)。
首先，一個最大的挑戰(zhàn)便是傳感器電子設備的電力預算。正如奧地利約翰內斯·開普勒大學林茨分校集成電路研究所的 Harald Pretl 教授所說：
我們必須為此設計一個放大器、一個 ADC，以及我們自己的基于超寬帶的傳輸協(xié)議。
其次，處理頭部周圍的褪色和陰影效果也是一大挑戰(zhàn)。
還有一個挑戰(zhàn)在于，大腦信號的變化速度要比伺服器改變角度的速度快得多，所以團隊專注于反映變化的頻率。比如他們的一個設計是，當?shù)皖l腦電波占主導時，伺服器和光線會緩慢變化。
在奧地利電子藝術節(jié)上，Pangolin dress 受到了廣泛關注。就未來而言，研究團隊希望設計出另一個版本，使用完全無線的傳感器。與此同時，關于將傳感器技術商業(yè)化的討論也仍在進行中。
引用來源：
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