Baseado no SSVEP procedimento experimental para a interação cérebro-robô com robôs humanóides

Brain-Robot Interaction (BRI), que fornece um caminho de comunicação inovadora entre o ser humano e um dispositivo robótico através de sinais cerebrais, é potencial em ajudar as pessoas com deficiência em suas vidas diárias ^1,2. Uma variedade de métodos é capaz de adquirir sinais cerebrais tanto invasiva ou não-invasiva, tal como electrocorticografia (ECoG), electroencefalograma (EEG), ressonância magnética funcional (IRMf), etc. O método não-invasivo mais comumente utilizado para a construção do sistema BRI é a aquisição de sinais de EEG a partir de eletrodos colocados no couro cabeludo. Este método é barato, fácil de utilizar e fornece uma resolução temporal aceitável ^3. Entre uma variedade de dispositivos robóticos, robôs humanóides são avançados como eles são criados para imitar algumas das mesmas tarefas físicas e mentais que os seres humanos sofrem diariamente. BRI com um robô humanóide vai desempenhar um papel importante na assistência aos doentes e idosos, bem como a execução de trabalhos insalubres ou perigosos. Mas o controlede um robô humanóide através do sistema BRI é altamente desafiador, como o robô humanóide com movimento de corpo inteiro é desenvolvido para executar tarefas complexas tais como assistência pessoal ^{4, 5.}

Steady-State potencial evocado visual (SSVEP) é um tipo de sinal cerebral evocada pela modulação do estímulo visual em uma determinada frequência ^6. Ele contém sinusóides nas freqüências fundamentais e harmônicas do estímulo cintilação, e bem visível aparece em todo o córtex visual na região occipital do couro cabeludo ^7. A razão para a escolha dos sinais SSVEP é que o sistema baseado BRI-SSVEP produz relativamente alta taxa de transferência de informações e requer menos treinamento ^8. Outros tipos de ondas cerebrais, tais como potenciais relacionados a eventos (ERPs) ⁹ ou do motor-imagery (MI) potenciais de ^10, também podem ser incorporados a este procedimento experimental.

Nosso procedimento para a interação cérebro-robô humanóide comrobôs é baseado em Cerebot – uma plataforma robô humanóide controlado pela mente – que consiste em um sistema de aquisição de dados de EEG e um robô humanóide ^11. O sistema de EEG é capaz de gravar, pré-processamento dos sinais de bio-potencial de exibição adquiridos por vários tipos de eletrodos. Ele fornece analógico múltiplos I / Os e I / Os digitais e é capaz de gravar até 128 canais de sinal simultaneamente a uma taxa de amostragem de 30 kHz com resolução de 16 bits. Seus kits de desenvolvimento de software em C ++ e MATLAB são fáceis para os usuários a projetar os procedimentos experimentais. O robô humanóide tem 25 graus de liberdade e está equipado com vários sensores, incluindo 2 câmeras, 4 microfones, 2 rangefinders sonar, 2 IR emissores e receptores, uma placa de inércia, 9 sensores tácteis, e 8 sensores de pressão. Ele fornece Choregraphe e C ++ SDK para criar e movimentos de edição e comportamentos robôs interativos.

O objetivo geral deste método é estabelecer um proce experimental à base de SSVEPdure integrando vários programas de software, tais como OpenViBE, Choregraph, software Central, bem como programas de usuário desenvolvido escritos em C ++ e MATLAB, para permitir o estudo da interação cérebro-robô com robôs humanóides ^11. A Figura 1 mostra a estrutura do sistema. O computador apresentação do estímulo dedicado (SPC) exibe a interface do usuário para fornecer o assunto com estímulos visuais, instruções e feedbacks ambientais. O computador de processamento de dados dedicado (DPC) corre o Gravador de Dados eo off-line Data Analyzer no processo de treinamento off-line, e corre o processador de sinal de linha eo controlador do robô para o controle on-line do robô humanóide. Em comparação com outros sistemas de controle baseados em SSVEP, o nosso sistema é mais confiável, mais flexível e, sobretudo, mais conveniente para ser reutilizado e atualizado, uma vez que é desenvolvido através da integração de uma série de pacotes de software padronizados, como OpenViBE, Choregraph, software Central, e módulos escrito em C ++e MATLAB.

O procedimento a seguir foi revisado e aprovado pelo Tianjin University Medical hospital geral comitê de ética, e todos os indivíduos deram consentimento por escrito.