A ciência tem testado no corpo humano, para atacar diversos problemas, técnicas que unem a eletrónica ao nosso cérebro. Sendo ainda um método visto como muito intrusivo, este é cada vez mais tido como uma via para libertar as pessoas paralisadas da sua “prisão”.
A combinação de elétrodos flexíveis e inteligência artificial pode oferecer um método mais simples de interface cérebro-máquina para controlar cadeiras de rodas, computadores e veículos robóticos.
Controlar dispositivos eletrónicos com a mente
As pessoas que não controlam os seus membros têm uma necessidade vital de interação com a tecnologia. Contudo, este processo nunca é de fácil resolução. O controlo de voz pode resolver alguns problemas, inclusive os sistemas operativos dos computadores e smartphones estão já muito afinados. No entanto, para algumas pessoas até isso não é possível.
Investigadores do Georgia Institute of Technology agora acreditam que deram um grande passo. Na verdade, pode parecer ficção científica, mas é real. Há efetivamente um novo método que é capaz de controlar diretamente máquinas e produtos eletrónicos só com o pensamento.
Interface cérebro-máquina vai libertar as pessoas da prisão do seu corpo
Segundo o que foi veiculado pelos cientistas, o controlo da interface cérebro-máquina (BMI) já está disponível, até certo ponto. Os neurologistas desenvolveram métodos para usar sinais de eletroencefalografia (EEG) para controlar dispositivos externos, mas isso exigiu equipamentos extremamente incómodos. Em causa estão, por exemplo, capacetes com elétrodos, novelos de fios, adesivos e líquidos aborrecidos para garantir o contacto pele/elétrodo.
A equipa de investigadores, que descreve a sua investigação na publicação Nature Machine Intelligence, concebeu um substituto para tudo isto. Assim, o método conseguido aparece sob a forma de um sistema de monitorização EEG de alta resolução num sensor impresso flexível miniaturizado.
Elétrodos, telemetria Bluetooth e um tablet descomplicam a tecnologia
O investigador principal Woon-Hong Yeo e os colegas juntaram três componentes essenciais para formar o sistema. Assim, recorreram a elétrodos altamente flexíveis, montados no cabelo, que fazem contacto direto com o couro cabeludo. Juntaram també um elétrodo de nano membrana ultrafino, assim como circuitos suaves e flexíveis com uma unidade de telemetria Bluetooth.
Desta forma, os sinais EEG gravados a partir do cérebro são processados dentro dos circuitos flexíveis. De seguida estes dados são transmitidos via Bluetooth para um computador ou para um tablet até 15 m de distância.
Apesar das tecnologias funcionarem muito bem em contacto com a pele, houve mais desafios. A equipa teve de enfrentar a amplitude de sinal muito baixa que pode ser detetada pelos elétrodos e o elevado grau de variação entre os cérebros humanos. Além disso, é vital detetar os sinais e interpretá-los corretamente para entender o que o utilizador quer que o sistema faça.
Posteriormente, para complementar as suas tecnologias, a equipa adicionou Inteligência Artificial.
Métodos de aprendizagem profunda, normalmente usados para classificar imagens de coisas quotidianas como gatos e cães, são usados para analisar os sinais EEG. Como fotos de um cão que podem ter muitas variações, os sinais EEG têm o mesmo desafio de alta variabilidade. Métodos de aprendizagem profunda têm provado funcionar bem com imagens, e nós mostramos que eles também funcionam muito bem com sinais EEG.
Explicou Chee-Siang Ang, colaborador do projeto da Universidade de Kent.
Os mesmos sistemas de aprendizagem profunda também foram eficazes para identificar quais elétrodos eram os mais úteis para recolher informações para classificar os sinais EEG.
Sensor Impresso – Um elétrodo estampado a jato de aerossol, flexível, semelhante à pele. Imagem mostra estrutura de malha aberta mostrada na parte interna. (Cortesia de Woon-Hong Yeo)
Tecnologia vestível que permite total liberdade e comodidade
O sistema usa três elétrodos elastoméricos colocados no couro cabeludo. Estes são presos na cabeça com uma faixa de tecido. Além destes, são igualmente colocados elétrodos sem fio ultrafinos presos na parte de trás do pescoço e um elétrodo impresso tipo pele preso abaixo de uma orelha.
Os sistemas EEG típicos devem cobrir a maioria do couro cabeludo para obter sinais, mas os utilizadores potenciais podem ser sensíveis a usá-los.
Explicou Woon-Hong Yeo.
Este dispositivo macio miniaturizado e vestível é totalmente integrado e projetado para ser confortável para uso a longo prazo. Testes com seis sujeitos humanos (nenhum dos quais foi desativado) mostraram que o sistema poderia controlar uma cadeira de rodas elétrica, um pequeno veículo robótico e um sistema de TV sem a necessidade de um rato ou joystick.
O estudo futuro se concentraria na investigação de totalmente elastomérico, elétrodos autoadesivos sem fio que podem ser montados no couro cabeludo sem qualquer apoio do arnês, juntamente com a miniaturização adicional da eletrónica para incorporar mais elétrodos para uso com outros estudos.
Finalizou Yeo.
O sistema também pode ser usado para outras investigações onde o EEG é necessário. Contudo, em certos cenários, pode ser difícil de implementar, como nos estudos de sono. Apesar de atualmente ainda ser um pouco limitado, Yeo tem igualmente como objetivo simplificar nestes processo mais complexos.