건식 EEG 센서로 육군 로봇 제어

BMI(Brain-Machine Interface) 기술은 수십 년에 걸쳐 개발되었지만 여전히 널리 사용되기를 기다리고 있습니다. 그 이유에는 두피에 배치된 뇌전도(EEG) 센서를 사용하는 비침습적 접근 방식의 작업에 아직 적합하지 않은 하드웨어 및 소프트웨어와 뇌 임플란트에 의존하는 접근 방식에는 수술이 필요하기 때문입니다.

이제 호주 시드니 공과대학(UTS)의 연구원들은 호주 육군과 협력하여 벤치마크 습식 센서의 정확도의 94%를 달성하면서도 후자의 어색함과 긴 설정 시간이 없는 휴대용 프로토타입 건식 센서를 개발했습니다. , 지저분한 젤이 필요하고 실험실 외부에서는 신뢰성이 제한적입니다.

UTS 공학 및 정보 기술 학부의 Francesca Iacopi는 "건식 센서는 표준 표준인 은염화물 습식 센서에 비해 성능이 좋지 않았습니다."라고 말했습니다. "특히 두피의 머리카락으로 덮인 곡선 부분에서 EEG 신호를 모니터링할 때 그렇습니다. 이것이 바로 바늘 모양이고 부피가 크며 사용자에게 불편한 이유입니다."

"우리는 뇌 신호만 사용하여 4족 로봇의 핸즈프리 작동을 시연하기 위해 현장 테스트에서 [새로운 센서]를 사용했습니다."—Francesca Iacopi, University of Technology Sydney

Iacopi는 BMI 알고리즘 연구를 전문으로 하는 동료 교수인 Chin-Teng Lin과 함께 접촉 영역에 나노미터 미만 두께의 에피택시 그래핀을 사용하여 3차원 미세 패턴 센서를 개발했습니다. 센서는 시각 정보를 처리하는 뇌 영역인 시각 피질에서 EEG 신호를 감지하는 데 가장 적합한 위치인 머리 뒤쪽에 부착할 수 있습니다.

Iacopi는 "머리카락이 짧은 한 센서는 젖은 센서의 신호 대 잡음 기반에서 잘 비교할 수 있을 만큼 충분한 피부 접촉과 낮은 임피던스를 제공합니다."라고 말했습니다. "그리고 우리는 뇌 신호만을 사용하여 4족 로봇의 핸즈프리 작동을 시연하기 위해 현장 테스트에서 이를 사용했습니다."

센서는 입방형 탄화규소(3C-SiC) 층이 놓인 실리콘 기판 위에 제작되며 포토리소그래피와 에칭을 사용해 패턴화되어 약 10마이크로미터 두께의 디자인을 형성합니다. 연구진에 따르면 3차원 디자인은 두피의 굴곡진 부분과 털이 많은 부분과 잘 접촉하는 데 중요합니다. 그런 다음 촉매 합금 방법을 사용하여 패턴화된 구조의 표면 주위에 에피택셜 그래핀을 성장시킵니다.

연구원들은 SiC만 사용하는 것보다 패턴화 및 실리콘과 통합하는 것이 더 쉽기 때문에 실리콘 기반 SiC를 선택했습니다. 그래핀의 경우 전도성이 매우 뛰어나고 생체적합성이 높으며 탄력성이 있고 기질에 대한 접착력이 매우 높다고 Iacopi는 말했습니다. 또한 "수분을 공급할 수 있고 스펀지처럼 작용하여 피부의 수분과 땀을 흡수하여 전도성을 높이고 임피던스를 낮춥니다."

뇌 로봇 인터페이스

여러 가지 패턴을 테스트한 결과, 모발을 통해 피부에 가장 잘 밀착되는 육각형 구조가 선택되었습니다. 중복성을 염두에 두고 8개의 센서를 핀 버튼을 사용하여 맞춤형 센서 패드에 부착한 다음 작업자의 두개골을 감싸는 탄성 헤드밴드에 사용했습니다. 8개 센서 모두 위치와 헤드밴드의 압력에 따라 다양한 정도로 EEG 신호를 기록했다고 Lin은 설명합니다. 테스트 결과는 지난 달 Applied Nano Materials에 게재되었습니다.

센서를 테스트하기 위해 작업자는 서로 다른 명령을 나타내는 6개의 깜박이는 흰색 사각형을 표시하는 머리 장착형 증강 현실 렌즈를 착용합니다. 조작자가 특정 사각형에 집중하면 시각 피질에서 특정 집단 생체 전위가 생성되고 센서에 의해 감지됩니다. 신호는 블루투스를 통해 마운트에 있는 디코더로 전송되고, 이 디코더는 신호를 의도된 명령으로 변환한 다음 로봇의 수신기로 무선으로 전송합니다.

"시스템은 현재 최대 9개의 명령을 내릴 수 있지만, 그래핀 센서와 함께 사용하기 위해 테스트되고 검증된 명령은 6개뿐입니다."라고 Lin은 말했습니다. "각 명령은 전진, 우회전, 정지 등 특정 동작이나 기능에 해당합니다. 앞으로 더 많은 명령을 추가할 예정입니다."