В НовГУ создали систему дистанционного управления объектами с помощью силы мысли. Управление осуществляется с помощью интерфейса, который считывает электромагнитную активность мозга и преобразует её в движение. Система направлена на тренировку внимания и может применяться для реабилитации пациентов после инсульта, развития дошкольников — как здоровых, так и с ОВЗ. В перспективе возможно бесконтактное управление почти любыми движущимися объектами.
Автор разработки — ученик Лицея точных и естественных наук НовГУ Святослав Карелин. Научный руководитель — профессор кафедры проектирования и технологии радиоаппаратуры Роман Валерьевич Петров.
Устройство состоит из двух частей. Первая — гарнитура для снятия ЭЭГ, которая крепится на голову человека. Вторая часть выглядит как детская игрушечная машинка — именно её может заставить двигаться «оператор». Размеры машинки 10х20см. Как отмечает Святослав Карелин, при помощи технологии можно управлять объектами любых размеров, вопрос только в мощности приводных механизмов, которые обеспечивают движение.
«Головной мозг» конструкции — это микроконтроллер ESP32. Остальные части устройства — моторы, драйверы для управления ими, преобразователи логических уровней (чтобы связывать контроллер с драйверами), шасси.
Принцип работы устройства основан на считывании ритмов человеческого мозга. Это электрические колебания нейронов, которые можно проследить с помощью электроэнцефалографа. Они отражают различные состояния мозга и различаются по частоте. Выделяют такие ритмы, как дельта (сон), тета (легкий сон, медитация), альфа (расслабленное бодрствование), бета (активная умственная деятельность) и гамма (пиковая активность мозга).
— Гарнитура ЭЭГ снимает показания работы мозга, — пояснил Святослав Карелин. — Далее с помощью методов частотного анализа устройство распознаёт частоту доминирующего ритма и степень концентрации внимания у человека. Если концентрация достаточно высокая — машинку можно заставить поехать. Направление движения определяется с помощью гироскопического модуля, прикреплённого к гарнитуре. Чтобы машинка повернула направо или налево, наклоняем голову в нужную сторону, для включения/выключения задней передачи — киваем. Для движения вперед или назад достаточно использовать режим концентрации внимания.
Кстати, когда человек совершает нужное движение головой, концентрация внимания снижается — то есть, чтобы машинка продолжила движение, нужно снова приложить мысленное усилие.
Чтобы научиться уверенно управлять машинкой, обычно достаточно нескольких минут. Для хороших показателей концентрации желательно спокойное состояние психоэмоциональной сферы, отсутствие критического уровня усталости.
Связь между гарнитурой ЭЭГ и машинкой осуществляется через стандартные беспроводные протоколы — Wi-Fi и Bluetooth. Расстояние, с которого человек может управлять устройством — в среднем 100 метров, при условии прямой видимости. Если между оператором и машинкой есть преграда, это расстояние снижается до 10-50 метров.
Нейроинтерфейс направлен на тренировку внимания, задействуя зоны коры головного мозга, отвечающие за концентрацию. А значит, он может применяться для реабилитации пациентов после инсульта, а также для развития детей — в том числе имеющих инвалидность или ОВЗ. Устройство уже прошло первые испытания.
— Группа из 17 детей с ОВЗ в течение двух месяцев проходила занятия с использованием нейроинтерфейса, — рассказала руководитель методического объединения педагогов-психологов города и педагог-психолог гимназии «Эврика» Злата Карелина. — Результаты стали заметны уже через два месяца. За это время дети практически вышли на нормальные показатели: они спокойно сидят, работают вместе с остальными ребятами. У двоих мы уже снимаем диагноз ОВЗ.
Технология может быть востребована как в образовательных организациях, так и в медицинских центрах, а при масштабировании — стать доступным инструментом для семей, в которых растут дети с ОВЗ.
У разработки есть ряд аналогов — например, китайский шестиногий «робот-паук», который позволяет пользователю программировать его поведение. У системы, разработанной Святославом Карелиным, более широкий функционал — например, предусмотрена возможность совершать повороты или двигать машинку задним ходом. Китайский аналог может только начинать неуправляемое движение при появлении сигнала концентрации, и останавливаться при его пропадании.
— Сейчас система уже практически готова к серийному производству, — отметил Святослав Карелин. — Все чертежи и детали можно найти в открытом доступе.
Разработка была представлена на площадке Политехнического музея, а также на Всероссийской выставке разработок изобретателей и инноваторов, которая прошла в рамках Конгресса молодых учёных в НовГУ.
Планируется получение патента.