« Communication de l'âme » sans fil ! L'académicien Cui Tiejun dirige le développement d'une nouvelle surface cerveau-ordinateur, flexible et non invasive

Ces dernières années, le codage des métasurfaces a permis un contrôle en temps réel et programmable des fonctions électromagnétiques, alors que les fonctions électromagnétiques précédentes étaient soit statiques, soit très limitées dans les appareils passifs traditionnels. Cependant, ces métasurfaces nécessitent toujours une opération manuelle.

Afin de détecter et de distinguer directement les souhaits des gens, les scientifiques ont ensuite proposé le concept d'interface cerveau-ordinateur (BCI), en essayant d'établir une communication entre le cerveau et l'appareil via l'interface cerveau-ordinateur, fournissant Le contrôle de métasurfaces programmables offre de nouvelles perspectives. En collectant les signaux cérébraux du « chapeau spécial », l'interface cerveau-ordinateur peut décoder les souhaits de l'opérateur et envoyer des commandes à l'objet contrôlé sans que l'opérateur ait à effectuer certaines activités musculaires complexes.

Maintenant, l'équipe de l'académicien Cui Tiejun du State Key Laboratory of Millimeter Waves de l'Université du Sud-Est, en collaboration avec des instituts de recherche scientifique tels que l'Université de technologie de Chine du Sud et l'Université nationale de Singapour, est allée plus loin et a développé un système électromagnétique. métasurface cerveau-ordinateur (EBCM).

Selon les rapports, cette métasurface peut contrôler de manière flexible et non invasive la synthèse d'informations et la transmission sans fil, convertissant les informations cérébrales de l'opérateur en signaux d'électroencéphalogramme (EEG), puis en diverses commandes électromagnétiques (EM), réalisant ainsi une « communication mentale » sans fil. entre deux opérateurs.

Comme le montre l'image ci-dessous, un moniteur affichant les commandes pertinentes est placé devant l'opérateur. En recevant simplement des instructions simples, l'EBCM peut comprendre les intentions de l'opérateur et mettre en œuvre des fonctions électromagnétiques telles que le balayage du faisceau visuel, les modulations d'ondes et le codage de motifs.

Le document de recherche connexe s'intitule « Communication directement sans fil de l'esprit humain via une plateforme non invasive cerveau-ordinateur-métasurface » et a été publié dans la revue scientifique eLight.

Les chercheurs ont déclaré que cette étude combine l'espace des ondes électromagnétiques avec l'interface cerveau-ordinateur, ouvrant une nouvelle direction pour l'exploration de l'intégration profonde des métasurfaces, de l'intelligence du cerveau humain et de l'intelligence artificielle, et contribuant à construire une nouvelle génération d'intelligence bio-intelligente. système de métasurfaces.

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Dans cette étude, l'équipe de recherche a conçu et démontré expérimentalement une communication textuelle sans fil basée sur l'EBCM.

L'équipe de recherche fournit une interface utilisateur graphique (GUI) textuelle pour les opérateurs d'interface cerveau-ordinateur, afin que les boutons visuels puissent être directement codés dans des séquences de codage spécifiques composées de « 0 » et de « 1 ».

Dans l'expérience, un mode monofaisceau à gain élevé et un mode de diffusion aléatoire à faible gain ont été utilisés pour distinguer l'amplitude de la réflexion métasurface, qui correspondent respectivement aux codes "1" (haute amplitude) et "0". (faible) utilisé pour la transmission d’informations sans fil).

En guise de démonstration du prototype, les chercheurs ont démontré la transmission sans fil de texte d'un opérateur à un autre dans le système de communication EBCM.

L'opérateur A, en tant qu'expéditeur de texte, envoie des lettres en visualisant visuellement les boutons de caractères sur l'interface graphique EBCM. Lors du décodage des lettres cibles du signal EEG, une séquence de codage basée sur ASCII est implémentée sur le FPGA pour changer de mode variable dans le temps, manipulant la métasurface pour envoyer des informations dans l'espace où elles sont reçues, démodulées et présentées par l'EBCM de l'opérateur B.

Comme le montre l'image ci-dessous, l'équipe de recherche a montré le processus de transmission sans fil des 5 lettres « HELLO », et le mot « HELLO » a été affiché avec succès sur l'écran de l'opérateur B.

Dans l'expérience de balayage visuel du faisceau, l'opérateur a directement obtenu la direction de balayage du faisceau souhaitée en regardant visuellement dans une direction spécifique. Après avoir détecté l'EEG de l'opérateur, l'EBCM peut afficher le modèle de codage d'exécution de la direction de balayage du faisceau concernée.

De plus, l'équipe de recherche a également démontré le processus d'encodage de modèles de l'EBCM. L'opérateur saisit le code requis en appuyant sur un bouton spécifique. Les codes d'entrée détectés par EBCM sont affichés sur l'écran sous forme de carrés jaunes. Le dernier code « C4 » est une instruction d'arrêt qui termine le processus de codage et demande au FPGA de calculer le modèle de codage final. Ensuite, EBCM exécute les modèles de codage calculés et les affiche sur la métasurface.

Les expériences ci-dessus montrent que l'opérateur n'a plus besoin de mouvements impliquant les muscles, mais doit seulement regarder des boutons visuels spécifiques pour qu'une stimulation continue pertinente puisse identifier ces stimulations et les convertir en signaux EM correspondants pour la communication. .

Qu'est-ce qu'une métasurface intelligente ?

La métasurface fait référence à un matériau en couches artificielles dont l'épaisseur est inférieure à la longueur d'onde. Selon la forme structurelle dans le plan, les métasurfaces peuvent être divisées en deux types : l’une avec des structures fines latérales sub-longueur d’onde et l’autre avec une couche de film uniforme. Les métasurfaces peuvent réaliser un contrôle flexible et efficace de la phase des ondes électromagnétiques, du mode de polarisation, du mode de propagation et d'autres caractéristiques.

La métasurface intelligente est une application importante des métamatériaux d'information dans le domaine des communications mobiles. Son principe de base est de contrôler les propriétés électromagnétiques des métamatériaux grâce à la programmation numérique, de modifier la réflexion diffuse des ondes électromagnétiques spatiales sur les murs ordinaires et de réaliser l'intelligence de Ondes électromagnétiques spatiales. Contrôle et formation de faisceaux, et présente les caractéristiques d'une faible consommation d'énergie et d'un faible coût, et devrait devenir une infrastructure importante pour les futurs réseaux de communication mobile.

Dès 2014, l'équipe de l'académicien Cui Tiejun a pris les devants dans la réalisation d'un système matériel intelligent de métasurface, créant ainsi un précédent pour la promotion de l'application des métamatériaux d'information.

En février de cette année, l'équipe de l'académicien Cui Tiejun et ses collaborateurs ont utilisé la transmission multicouche de métasurfaces codées numériquement pour construire un réseau neuronal entièrement à diffraction (Programmable Artificial Intelligence Machine, PAIM) qui peut être ajusté en temps réel, atteignant ainsi les paramètres du réseau. Programmation en temps réel et caractéristiques de calcul à la vitesse de la lumière, et démonstration d'une variété de cas d'application, y compris la reconnaissance d'images, l'apprentissage par renforcement et la communication, l'encodage et le décodage multicanaux, etc., pour la première fois au monde, un système neuronal entièrement réglable en diffraction Un réseau dans l'espace micro-ondes a été mis en œuvre et démontré.

Bien entendu, les scénarios d’application des métasurfaces sont loin de se limiter à cela.

Les propriétés physiques riches et uniques des métasurfaces et leur capacité à réguler de manière flexible les ondes électromagnétiques peuvent leur donner des perspectives d'application importantes dans de nombreux domaines tels que la technologie furtive, la technologie des antennes, les dispositifs micro-ondes et térahertz et les dispositifs optoélectroniques.

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