Роботи, керовані розумом: нові графенові датчики перетворюють наукову фантастику в реальність

Дослідники розробили сухий сенсор на основі графену з тривимірним малюнком, який може вимірювати електричну активність мозку, не покладаючись на електропровідні гелі. Сухі датчики менш подразнюють і викликають алергію порівняно з традиційними «мокрими» датчиками, які використовуються в електроенцефалографії (ЕЕГ) для діагностики неврологічних розладів або керування зовнішніми пристроями через інтерфейси мозок-машина. Вмонтовані в еластичне наголов’я та використані з гарнітурою доповненої реальності сухі датчики дозволяли контролювати робота без рук, інтерпретуючи сигнали мозку. Не зважаючи на те, що ця розробка ще не настільки ефективна, як вологі датчики, ця розробка знаменує прогрес у напрямку легко реалізованих, неінвазивних інтерфейсів мозок-машина.

Звучить як щось із наукової фантастики: одягніть спеціальну електронну пов’язку на голову та керуйте роботом за допомогою свого розуму. Але тепер останні дослідження, опубліковані в ACS Applied Nano Materials, зробили крок до того, щоб це стало реальністю. Розробивши спеціальну структуру з тривимірним малюнком, яка не покладається на липкі провідні гелі, команда створила «сухі» датчики, які можуть вимірювати електричну активність мозку, навіть серед волосся, горбків і вигинів голови.

Лікарі відстежують електричні сигнали мозку за допомогою електроенцефалографії (ЕЕГ), під час якої спеціалізовані електроди імплантують або розміщують на поверхні голови. ЕЕГ допомагає діагностувати неврологічні розлади, але її також можна включити в «інтерфейси мозок-машина», які використовують мозкові хвилі для керування зовнішнім пристроєм, таким як протез кінцівки, робот або навіть відеогра.

Більшість неінвазивних версій передбачають використання «вологих» датчиків, які наклеюють на голову за допомогою клейкого гелю, який може подразнювати шкіру голови та іноді спровокувати алергічні реакції. Як альтернативу, дослідники розробляють «сухі» датчики, які не потребують гелів, але досі жоден не працював так добре, як золотий стандарт мокрого різновиду.

Хоча наноматеріали, такі як графен, можуть бути підходящим варіантом, їх плоска і зазвичай луската природа робить їх несумісними з нерівними вигинами людської голови, особливо протягом тривалого часу. Тож Франческа Якопі та її колеги хотіли створити тривимірний графеновий датчик на основі полікристалічного графену, який міг би точно контролювати мозкову активність без жодної липкості.

Команда створила кілька тривимірних структур із графеновим покриттям із різними формами та візерунками, кожна товщиною близько 10 мкм. З випробуваних форм шестикутний малюнок найкраще спрацював на вигнутій, волохатій поверхні потиличної області — місці біля основи голови, де розташована зорова кора головного мозку. Команда помістила вісім із цих датчиків у еластичну пов’язку, яка тримала їх на потилиці.

У поєднанні з гарнітурою доповненої реальності, яка відображає візуальні підказки, електроди можуть визначати, яка підказка переглядається, а потім працювати з комп’ютером, щоб інтерпретувати сигнали в команди, які керують рухом чотириногого робота — абсолютно без рук. Хоча нові електроди ще не працювали так добре, як вологі датчики, дослідники кажуть, що ця робота є першим кроком до розробки надійних сухих датчиків, які легко встановлювати, щоб допомогти розширити застосування інтерфейсів мозок-машина.