Robot điều khiển bằng tâm trí: Cảm biến graphene mới đang biến khoa học viễn tưởng thành hiện thực

Các nhà nghiên cứu đã thiết kế được cảm biến “khô” có hoa văn 3D dựa vào graphene với khả năng đo hoạt động điện của não mà không cần dùng gel dẫn điện. Các cảm biến khô ít gây khó chịu và dị ứng hơn so với các cảm biến “ướt” truyền thống được sử dụng trong điện não đồ (EEG) để chẩn đoán các rối loạn thần kinh hoặc điều khiển các thiết bị bên ngoài thông qua giao diện não-máy. Khi cảm biến khô được tích hợp vào chiếc băng đô đàn hồi và được sử dụng với tai nghe thực tế tăng cường, nó cho phép điều khiển rô bốt bằng cách diễn giải các tín hiệu não mà không cần dùng tay. Mặc dù chưa hiệu quả bằng cảm biến ướt, nhưng việc thiết kế cảm biến khô đánh dấu sự tiến bộ hướng tới cho ra đời các giao diện não-máy không xâm lấn, dễ sử dụng.

Nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng: Đeo một chiếc băng đô điện tử chuyên dụng và điều khiển rô-bốt bằng tâm trí của bạn. Nhưng giờ đây, nhóm nghiên cứu tại trường Đại học Công nghệ Sydney, Ôxtrâylia đã tiến một bước để biến điều này thành hiện thực. Bằng cách thiết kế một cấu trúc có hoa văn 3D đặc biệt không dựa vào gel dẫn điện dính, các nhà khoa học đã tạo ra cảm biến khô có thể đo hoạt động điện của não, ngay cả giữa tóc, các nếp gấp và đường cong của đầu.

Các bác sĩ theo dõi các tín hiệu điện từ não bằng điện não đồ (EEG), trong đó các điện cực chuyên dụng được cấy vào hoặc đặt trên bề mặt của đầu. Điện não đồ giúp chẩn đoán các rối loạn thần kinh, nhưng nó cũng có thể được tích hợp vào giao diện não-máy, sử dụng sóng não để điều khiển thiết bị bên ngoài như chi giả, rô-bốt hoặc thậm chí là trò chơi điện tử.

Hầu hết các phiên bản không xâm lấn đều liên quan đến việc sử dụng các cảm biến ướt, được dán lên đầu bằng một loại gel dính có thể gây kích ứng da đầu và đôi khi gây ra các phản ứng dị ứng. Để thay thế, các nhà nghiên cứu đã chế tạo cảm biến khô không cần gel, nhưng cho đến nay không có cảm biến nào hoạt động tốt như loại cảm biến ướt tiêu chuẩn vàng.

Mặc dù các vật liệu nano như graphene có thể là lựa chọn phù hợp, nhưng bản chất phẳng và thường dễ bong tróc khiến chúng không tương thích với các đường cong không đều của đầu người, đặc biệt là trong thời gian dài. Vì vậy, nhóm nghiên cứu đặt ra mục tiêu chế tạo cảm biến 3D dựa vào graphene đa tinh thể để theo dõi chính xác hoạt động của não mà không cần chất kết dính.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra một số cấu trúc phủ graphene 3D với các hình dạng và hoa văn khác nhau, mỗi cấu trúc dày khoảng 10 µm. Trong số các hình dạng được thử nghiệm, mô hình lục giác hoạt động hiệu quả nhất trên bề mặt cong, nhiều lông của vùng chẩm nơi chứa vỏ não thị giác. Nhóm nghiên cứu đã kết hợp tám trong số các cảm biến này vào một chiếc băng đô đàn hồi, giữ chúng ở phía sau đầu.

Khi được kết hợp với tai nghe thực tế tăng cường hiển thị tín hiệu trực quan, các điện cực có thể phát hiện tín hiệu đang xuất hiện, sau đó kết hợp với máy tính để diễn giải các tín hiệu thành lệnh điều khiển chuyển động của rô-bốt bốn chân mà hoàn toàn không cần dùng đến tay.

Mặc dù các điện cực mới chưa hoạt động tốt như các cảm biến ướt, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng đây là bước tiến đầu tiên hướng đến việc chế tạo cảm biến khô chắc chắn, dễ sử dụng, giúp mở rộng các ứng dụng của giao diện não-máy.

N.P.D (NASATI), theo https://scitechdaily.com/mind-Controller-robots-new-graphene-sensors-are-turning-science-fiction-into-reality/, 4/4/2023