Điều khiển khung xương bằng ý nghĩ - chuyện viễn tưởng nay đã thành sự thực

Các nhà khoa học tại Đại học Korea và TU Berlin đang phát triển một giao diện não-máy tính (Brain-Computer Interface) cho phép điều khiển một khung xương ngoài (exoskeleton) chi dưới thông qua tín hiệu trực tiếp từ bộ não người dùng.

Giao diện não-máy tính (Brain-Computer Interface - BCI) được định nghĩa là phương thức truyền thông trực tiếp giữa bộ não và thiết bị ngoại vi. BCI làm việc trên cơ sở khai thác các tín hiệu phát ra từ bộ não. Như chúng ta đều biết bộ não chứa hàng tỷ các tế bào thần kinh (Neuron). Chúng được kết nối rất phức tạp với nhau bằng các sợi dây thần kinh.

Khi chúng ta làm bất kể một việc gì như di chuyển, nghe nhìn, suy nghĩ hay thậm chí đang ngủ các Neuron đều đang làm việc. Chúng phát ra các tín hiệu điện rất nhỏ truyền từ Neuron này tới Neuron khác với tốc độ cực kì nhanh thông qua các sợi dây thần kinh. Quá trình này giải phóng một số tín hiệu ra bên ngoài bộ não. Các nhà khoa học phát hiện ra điều này và khai thác chúng với rất nhiều ứng dụng, điển hình là phương pháp chuẩn đoán điện não đồ và các giao diện BCI cho phép điều khiển thiết bị ngoại vi bằng ý nghĩ.

Tình nguyện viên đội một chiếc mũ có khả năng ghi nhận tín hiệu thoát ra từ não

Giao diện BCI mà các nhà khoa học tại Đại học Korea và TU Berlin đang phát triển để điều khiển khung xương exoskeleton cũng hoạt động trên nguyên lý này. Người sử dụng sẽ được đội một chiếc mũ điện não đồ. Chiếc mũ này chính là công cụ kết nối giao tiếp giữa bộ não và thiết bị.

Phía trước thiết bị là 5 chiếc đèn LED với tần số nhấp nháy khác nhau tương ứng với 5 hoạt động mà người sử dụng thực hiện với exoskeleton bao gồm: ngồi xuống, đứng lên, đi thẳng, rẽ trái, rẽ phải. Người sử dụng sẽ tập trung nhìn vào một trong năm đèn LED. Sau đó chiếc mũ sẽ thu nhận tín hiệu từ não và truyền nó về máy tính thông qua kết nối không dây. Máy tính sẽ làm nhiệm vụ định nghĩa ý muốn của người sử dụng sau đó truyền mệnh lệnh tương ứng tới khung xương ngoài.

5 chiếc đèn LED với tần số nhấp nháy khác nhau

Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Neural Engineering ngày 18 tháng 8. “Một vấn đề quan trọng mà chúng tôi đã tìm ra phương pháp giải quyết đó là bộ khung xương tạo ra rất nhiều tín hiệu nhiễu. Bình thường chúng sẽ gây nhiễu rất nặng cho tín hiệu điện não đồ,. Tuy nhiên, chúng tôi đã có thể tách tín hiệu điện não đồ ra khỏi dải nhiễu này”, Klaus Muller, một trong số các tác giả bài báo cho biết.

Ông cũng nói thêm rằng “Những người bị chứng xơ cứng cơ một bên (ALS) hoặc tổn thương tủy sống gặp khó khăn với vấn đề đi lại là những đối tượng ứng dụng tiềm năng của nghiên cứu. Hệ thống này có thể giúp họ khôi phục khả năng đi lại”.

Trong thí nghiệm của các nhà khoa học, 11 tình nguyện viên đã được lựa chọn để khảo sát quá trình họ điều khiển khung xương bằng ý nghĩ. Chỉ mất vài phút là họ đã có thể hiểu và vận hành hệ thống. Các tần số nhấp nháy của đèn LED cũng được sàng lọc để tránh gây ảnh hưởng đối với những tình nguyện viên tiền sử mắc bệnh động kinh. Các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách khắc phục tình trạng mệt mỏi thị giác khi sử dụng thiết bị lâu dài.

Như chúng ta đều biết, khung xương ngoài exoskeleton và giao diện BCI đều là những công nghệ mở ra rất nhiều ứng dụng triển vọng đặc biệt là trong lĩnh vực hướng đến người khuyết tật và hạn chế khả năng vận động. Kết hợp cả hai công nghệ là một hướng đi táo bạo, đầy thách thức nhưng đồng thời cũng có thể nhân đôi khả năng hỗ trợ người dùng. Hi vọng trong một tương lai gần, nghiên cứu của các nhà khoa học đến từ Đức và Hàn Quốc sẽ có được ứng dụng thực tiễn vào đời sống.

Tham khảo Kurzweilai

Thời đại của khung xương giúp con người thành siêu nhân đang đến rất gần