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Interface cérebro-máquina

Controlar robôs, computadores e outras máquinas com o pensamento é possível com a interface cérebro-máquina. É o assunto deste post.

Aquisição de sinais cerebrais

Existem dois tipos de interface cérebro-máquina. A não-invasiva usa um eletroencefalograma (EEG) para captar a atividade elétrica do cérebro. O funcionamento do EEG está no botão abaixo.

EEGClique aqui

A grande maioria das interfaces cérebro-máquina são não-invasivas. As vantagens são o baixo custo e a facilidade de uso. A desvantagem é a menor precisão que o tipo invasivo, porque o crânio atenua o sinal e dispersa as ondas cerebrais. As interfaces invasivas usam eletrocorticografia (ECoG) ou implantes cerebrais.

Eletrocorticografia (ECoG)

Consiste em colocar uma matriz de eletrodos na superfície do cérebro para captar sinais elétricos.

Os eletrodos geralmente são feitos de ligas de platinas ou aço inoxidável embutidos em uma matriz flexível de silicone ou teflon.

Este procedimento pode pegar uma grande área do cérebro e tem melhor precisão e resolução que o EEG, porém é mais caro e pode ter complicações. Embora o risco de complicações seja menor do que com implantes. Algumas fontes chamam o ECoG de semi-invasivo.

Implantes no cérebro

Este método é mais invasivo que o ECoG. Uma matriz de filamentos metálicos são implantados diretamente na massa cinzenta do cérebro. Devem ser flexíveis para não causar lesões no tecido cerebral e ter pontas rombudas revestidas de platina.

O tamanho do implante em comparação com uma moeda.

Estes implantes causam uma resposta inflamatória, que aumenta a impedância do eletrodo, podendo causar a perda do sinal. A qualidade do sinal é a melhor pois a matriz de eletrodos recebe diretamente dos neurônios.

Processamento de sinais

Os sinais adquiridos vão para um sistema multicanais, onde são amplificados, filtrados e digitalizados em um conversor analógico-digital. Depois da digitalização, deve procurar características únicas do sinal que contém informações relevantes e representam a ação da pessoa. Esta é a extração de características e pode ser feita com algoritmos genéticos. A próxima etapa é interpretar as características do sinal e transformá-las em ordens de comando. Esta tarefa pode ser feita por redes neurais artificiais, redes bayesianas dinâmicas ou filtros de Wiener, estes serão assunto para um futuro post.

Controle de robôs e dispositivos

Quando um robô ou dispositivo recebe ordem do computador, o usuário recebe um feedback ao observar, ouvir ou sentir o movimento e as ações das máquinas. O feedback produz um padrão de atividade elétrica no cérebro que é detectada pela interface cérebro-máquina. O controle de máquinas e dispositivos por pensamento é um loop fechado.

O feedback é importante para melhorar o controle e o desempenho da interface cérebro-máquina e treinar o operador para usar. A interface cérebro-máquina aprende os sinais associados aos comandos do operador. Os comandos podem ser enviados pela internet e controlar um robô do outro lado do planeta. Em 2008, a macaca Idoya na Carolina do Norte, EUA, conseguiu controlar as pernas de um robô em Kyoto, Japão. No inicio usou uma esteira, depois passou a controlar o robô apenas com o cérebro.

Além de controlar robôs, surgirão video games que podem ser jogados somente com o pensamento. Será possível usar a TV, o computador e outros eletrodomésticos com o controle da mente.

Deficientes físicos poderão ter novos membros ou voltar a andar.

Esta tecnologia pode ser usada em exoesqueletos e avatares robóticos, estas e outras aplicações serão assunto para outros posts.

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