무선 '소울커뮤니케이션'! Cui Tiejun 학자는 유연하고 비침습적인 새로운 뇌-컴퓨터 초표면 개발을 주도하고 있습니다.

최근에는 코딩 메타표면을 통해 전자기 기능의 실시간 및 프로그래밍 가능 제어가 가능해졌지만, 이전 전자기 기능은 기존 수동 장치에서 정적이거나 매우 제한적이었습니다. 그러나 이러한 메타표면에는 여전히 수동 작업이 필요합니다.

사람들의 소망을 직접적으로 감지하고 구별하기 위해 과학자들은 이후 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI) 개념을 제안했고, 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통해 뇌와 장치 간의 통신을 구축하려고 시도했습니다. 프로그래밍 가능한 메타표면의 비율은 새로운 관점을 제공합니다. "특수 모자"에서 뇌 신호를 수집함으로써 뇌-컴퓨터 인터페이스는 운영자의 희망을 해독하고 운영자가 복잡한 근육 활동을 수행하지 않고도 제어 대상에 명령을 보낼 수 있습니다.

이제 남동대학교 밀리미터파 국가 핵심 연구소의 추이 티에쥔(Cui Tiejun) 학자 팀은 남중국 공과 대학교, 싱가포르 국립 대학교 등 과학 연구 기관과 함께 한 단계 더 나아가 전자기파를 개발했습니다. 뇌-컴퓨터-메타표면(EBCM).

보고에 따르면 이 메타표면은 정보 합성과 무선 전송을 유연하고 비침습적으로 제어하여 조작자의 뇌 정보를 뇌전도(EEG) 신호로 변환한 다음 다양한 전자기(EM) 명령으로 변환하여 무선 "마음 통신"을 달성할 수 있습니다. 두 운영자 사이.

아래 그림과 같이 관련 명령을 표시하는 모니터가 운영자 앞에 배치됩니다. 간단한 지시만 받으면 EBCM은 운영자의 의도를 이해하고 가시광선 스캐닝, 파동 변조, 패턴 인코딩과 같은 전자기 기능을 구현할 수 있습니다.

관련 연구 논문은 "비침습적 뇌-컴퓨터-메타표면 플랫폼을 통한 인간 마음의 직접 무선 통신"이라는 제목으로 과학저널 eLight에 게재되었습니다.

연구원들은 이 연구가 전자파 공간과 뇌-컴퓨터 인터페이스를 결합하여 메타표면, 인간 두뇌 지능 및 인공 지능의 심층 통합 탐구를 위한 새로운 방향을 제시하고 차세대 생물학적 지능을 구축하는 데 도움이 된다고 말했습니다. 메타표면 시스템.

생각을 이용해 "HELLO"를 출력하세요

본 연구에서 연구팀은 EBCM 기반의 무선 문자 통신을 설계하고 실험적으로 시연했습니다.

연구팀은 뇌-컴퓨터 인터페이스 운영자를 위한 텍스트 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공하므로 시각적 버튼을 "0"과 "1"로 구성된 특정 인코딩 시퀀스로 직접 인코딩할 수 있습니다.

실험에서는 메타표면 반사의 진폭을 구별하기 위해 고이득 단일 빔 모드와 저이득 무작위 산란 모드가 사용되었으며, 이는 각각 코드 "1"(고진폭) 및 "0"에 해당합니다. (낮음) 무선 정보 전송에 사용됩니다.

프로토타입 시연으로 연구원들은 EBCM 통신 시스템에서 한 운영자에서 다른 운영자로 텍스트를 무선으로 전송하는 방법을 시연했습니다.

문자 발송자인 운영자 A는 EBCM GUI의 문자 버튼을 시각적으로 보면서 편지를 보냅니다. EEG 신호에서 대상 문자를 디코딩할 때 FPGA에 ASCII 기반 인코딩 시퀀스가 ​​구현되어 시변 모드를 전환하고 메타표면을 조작하여 운영자 B의 EBCM이 정보를 수신, 복조 및 표시하는 공간으로 정보를 보냅니다.

아래 사진과 같이 연구팀은 "HELLO" 다섯 글자의 무선 전송 과정을 보여주었고, 교환원 B의 화면에는 "HELLO"라는 단어가 성공적으로 표시되었습니다.

시각 빔 스캐닝 실험에서는 작업자가 시각적으로 특정 방향을 바라보며 원하는 빔 스캐닝 방향을 직접 달성했습니다. EBCM은 작업자의 EEG를 감지한 후 해당 빔 스캐닝 방향의 실행 인코딩 패턴을 표시할 수 있습니다.

또한 연구팀은 EBCM의 패턴 인코딩 프로세스도 시연했습니다. 운영자는 특정 버튼을 눌러 필요한 코드를 입력합니다. EBCM에서 감지한 입력 코드는 화면에 노란색 사각형으로 표시됩니다. 마지막 코드 "C4"는 인코딩 프로세스를 종료하고 FPGA에 최종 인코딩 패턴을 계산하도록 지시하는 중지 명령입니다. 이후 EBCM은 계산된 인코딩 패턴을 실행하여 메타표면에 표시합니다.

위의 실험은 작업자가 더 이상 근육과 관련된 움직임이 필요하지 않고 관련 지속적인 자극을 위해 특정 시각적 버튼만 응시하면 EBCM이 이러한 자극을 식별하고 의사소통을 위해 해당 자극을 해당 EM 신호로 변환할 수 있음을 보여줍니다. .

스마트 메타표면이란 무엇인가요?

메타서피스(Metasurface)는 파장보다 두께가 작은 인공적인 층을 이루는 물질을 말합니다. 평면 내 구조 형태에 따라 메타표면은 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 하나는 측면 서브파장 미세 구조를 갖는 것이고 다른 하나는 균일한 필름 층을 갖는 것입니다. Metasurfaces는 전자기파 위상, 편광 모드, 전파 모드 및 기타 특성을 유연하고 효과적으로 제어할 수 있습니다.

스마트 메타표면은 이동통신 분야에서 정보 메타물질의 중요한 응용 분야로, 그 기본 원리는 디지털 프로그래밍을 통해 메타물질의 전자기 특성을 제어하고, 일반 벽에 공간 전자파의 확산 반사를 변경하며, 지능을 구현하는 것입니다. 우주전자파를 제어하고 빔포밍하는 기술로 저전력, 저비용 특성을 갖고 있어 미래 이동통신 네트워크의 중요한 인프라가 될 것으로 기대된다.

2014년 초 Cui Tiejun 학자 팀은 지능형 메타표면 하드웨어 시스템 구현에 앞장서 정보 메타물질의 적용을 촉진하는 선례를 세웠습니다.

올해 2월 Cui Tiejun 학자 팀과 공동 작업자는 다층 전송 디지털 인코딩 메타표면을 사용하여 실시간으로 조정될 수 있는 완전 회절 신경망(PAIM)을 구축하여 네트워크 매개변수를 성공적으로 달성했습니다. 실시간 프로그래밍 및 광속 컴퓨팅 특성을 갖추고 있으며, 세계 최초로 완전 회절 조정 가능한 신경망인 영상 인식, 강화 학습, 통신 다채널 인코딩 및 디코딩 등 다양한 응용 사례를 시연했습니다. 마이크로파 공간의 네트워크를 구현하고 시연했습니다.

물론 메타표면의 적용 시나리오는 이에 국한되지 않습니다.

메타표면의 풍부하고 독특한 물리적 특성과 전자기파를 유연하게 조절하는 능력으로 인해 메타표면은 스텔스 기술, 안테나 기술, 마이크로파 및 테라헤르츠 장치, 광전자 장치 등 다양한 분야에서 중요한 응용 가능성을 가질 수 있습니다.

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