Ментальное управление дроном: зарождение технологии

Мозговые дроны

Дрон-рейсинг существует уже много лет и берёт свое начало с 2011 года, когда группа любителей из Германии провела первую официальную гонку. Сегодня по всему миру существуют лиги, организующие соревнования с призами в 50 000 долларов и более.

Особенностью гонки, состоявшейся 1 апреля в Алабаме, было то, что участники не управляли своими дронами обычным способом с помощью ручных контроллеров. Вместо этого они управляли дронами с помощью своих мыслей.

Апрельская гонка, организованная компьютерщиком Крисом Кроуфордом (Chris Crawford) из Украины, была экспериментом, призванным помочь продвижению новой важной технологии — интерфейсов мозг-компьютер (BCIs) — и одновременно познакомить новое поколение начинающих учёных с новыми направлениями информатики и нейронауки.

BCI гарнитуры

Ключевым моментом является то, что было надето на восьми гонщиках: гарнитуры для электроэнцефалографии (ЭЭГ), которые определяют электрическую активность мозга. Врачи обычно используют их для диагностики эпилепсии и нарушений сна. Однако если подключить гарнитуру к радиопередатчику и добавить соответствующее программное обеспечение, то ЭЭГ-гарнитура может также использоваться в качестве BCI — модема мозга.

«Эти сигналы способны произвести революцию в повседневной жизни, повысив нашу способность взаимодействовать с технологиями более естественным и интуитивным образом», — сказал Салехзаде (Salehzadeh) в интервью The Daily Beast.

Мозговые модемы — не совсем новинка. Учёные работают над ними с 1970-х годов. Среди других нишевых применений, они могут соединять ампутантов с их «умными» протезами и давать немым людям компьютерную речь.

Но, несмотря на шумиху в технологическом секторе (Элон Маск запустил BCI-стартап Neuralink в 2016 году, а Facebook финансировал некоторые разработки BCI в период с 2017 по 2021 год), мозговые модемы до сих пор не стали мейнстримом — и на то есть веские причины. Лучшие мозговые модемы должны быть хирургически имплантированы в череп пользователя. Святой Грааль в области BCI — это модем, который можно носить как шляпу и при этом хорошо читать собственные мысли.

Именно такую технику испытывали пилоты дрона в Украине. «Соревнования на мозговых дронах — это наш способ вывести исследования BCI за пределы контролируемой лабораторной среды», — сказал Кроуфорд изданию The Daily Beast. «Это даёт нам возможность узнать, какие компоненты являются надёжными».

Гонка продемонстрировала некоторые значительные недавние достижения в области мозговых модемов, но также подчеркнула огромные препятствия, с которыми эта технология всё ещё сталкивается на пути к повседневному использованию в качестве способа взаимодействия с автомобилем, умным домом, компьютером или смартфоном или даже безмолвного общения с другим пользователем, разум с разумом.

Апрельская гонка была не первым соревнованием Кроуфорда с участием мозгового дрона. В 2019 году он объединился с учёным-компьютерщиком из Университета Флориды Марвином Андуджаром (Marvin Andujar) для совместного заезда между Флоридой и Алабамой. До этого Андуджар в течение трёх лет проводил собственные местные гонки. На четыре года COVID прервал то, что могло бы стать ежегодной гонкой мозговых дронов. Но длительный перерыв также дал Кроуфорду возможность усовершенствовать технику.

«В этом году команда исследовала возможность использования нового оборудования и программного обеспечения», — сказал Кроуфорд.

Степени свободы

Во всех гонках «мозговых дронов» использовались носимые ЭЭГ, а не более чувствительные имплантируемые модемы. В конце концов, какой студент захочет, чтобы в его голове просверлили дырку? Но в гонках до этого года участвовали менее сложные носимые системы: «пассивный» интерфейс, который достаточно чувствителен, чтобы оценить общий уровень нейронной активности под черепом. Другими словами, он не может сказать, о чём вы думаете. Он может только сказать, насколько интенсивно вы думаете.

Этот пассивный ЭЭГ, работающий только на интенсивность, предоставляет гонщикам всего одну «степень свободы», или тип команды. Это означает, что пользователь может передать дрону или другому устройству только одно общее направление.

«Можно представить степень свободы как аспект независимого управления, например, перемещение джойстика по одной оси», — сказал Грэм Моффат (Graeme Moffat), учёный в области нейротехнологий, изданию The Daily Beast. «Вперед/назад — это одна степень свободы. Влево/вправо — другая степень свободы».

В случае с конкурентами мозгового дрона до 2023 года, командой была «ехать быстрее» или «ехать медленнее». Если думать напряженно и генерировать много мозговых волн, дрон воспримет это как «ускоряйся». Если думать менее напряженно, генерировать меньше мозговых волн, дрон будет замедляться. Все это означает, что в предыдущих гонках «мозговых дронов» дроны могли двигаться только вперед с разной скоростью.

Активные интерфейсы

Для гонки 2023 года Кроуфорд оснастил своих гонщиков «активными» интерфейсами, которые достаточно чувствительны, чтобы преобразовывать конкретные нейронные импульсы в большее количество степеней свободы. Участники могли управлять скоростью и направлением движения своих беспилотников. Это сделало соревнование гораздо более интересным и превратило гонку в сочетание искусства и науки.

«Я обнаружил, что ключ к успеху — оставаться расслабленным и последовательным в своем воображении движений рук», — рассказал Салехзаде изданию The Daily Beast. «Как только я научился контролировать свои мысли и чётко визуализировать движения, я смог использовать ЭЭГ сигналы для более точного управления дроном».

Итог

Тем не менее, это всё ещё не идеально. Необходимо больше степеней свободы, чтобы «надёжно управлять роботом полезным способом», — пояснил Моффат (Moffat). Более того, чтобы мозговые модемы стали настоящей потребительской техникой, их понадобятся потенциально сотни. К счастью, каждый эксперимент или испытание Moffat или да, гонка беспилотников, — которые помогают добавлять степени свободы, делают нас немного ближе к повседневному мозговому модему.

«Данные, которые могут получить исследователи, — это данные мозга и качественные отзывы участников», — сказал Анжудар (Anjudar) в интервью The Daily Beast.

Но у гонки Кроуфорда есть и параллельная цель. Опыт конкурсантов может помочь улучшить связь между ЭЭГ-гарнитурами и беспилотниками или написать новые алгоритмы для перевода нейронных импульсов в команды. «Но в целом это учебная среда для студентов, только начинающих изучать BCI», — сказал Моффат.

После некоторых недавних неудач, включая прекращение финансирования BCI компанией Facebook и отказ регулирующих органов в просьбе Neuralink начать испытания на людях, становится ясно, как много ещё предстоит сделать Кроуфорду, Андухару и их коллегам-учёным, чтобы заставить технологию работать на большее количество людей и для разных целей. На это могут уйти годы или даже десятилетия. Поэтому вполне возможно, что один из студентов, управляющих беспилотником с помощью своего разума на одной из гонок Кроуфорда или Андуджара, станет тем, кто, наконец, заставит мозговые модемы работать для всех.