讓我們來想象一些畫面：斷臂者在音樂廳里彈鋼琴，失去雙腿的人在舞臺上翩翩起舞，自閉癥兒童恢復(fù)到正常的社交、認(rèn)知水平，老年人逐漸擺脫老年癡呆，失眠者不再需要通過藥物控制就能快速入睡，普通人甚至高位截癱患者都可以隔空打字、通過意念操控電子設(shè)備看視頻、刷抖音……
隔空打字
以上場景有的已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，有的正在一步步變成現(xiàn)實(shí)，這些都得益于腦機(jī)接口技術(shù)的賦能。
何為腦機(jī)接口？
腦機(jī)接口，是大腦與機(jī)器相連的接口，它在大腦與外部設(shè)備之間建立了一個能夠直接傳送信號的通路，從而實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。腦機(jī)接口技術(shù)是人工智能的下一代技術(shù)，是人工智能和人類智能相結(jié)合的融合智能。
近幾年來，埃隆·馬斯克投資的腦機(jī)接口公司Neuralink備受矚目，這是“科技怪人”馬斯克在自動駕駛和太空探索之后的工作重心。
2019年，Neuralink發(fā)布了微型芯片和手術(shù)機(jī)器人(10.280, -0.04, -0.39%)；2020年，Neuralink首次在動物身上實(shí)驗(yàn)，在三只小豬的頭上植入了芯片和電極，成功讀取腦電信號；2021年，Neuralink宣稱希望通過腦機(jī)接口技術(shù)讓癱瘓病人站起來。
據(jù)媒體報道，今年7月Neuralink完成了C輪融資，共籌得2.05億美元，被認(rèn)為是腦機(jī)接口領(lǐng)域迄今為止規(guī)模最大的融資。
據(jù)悉，目前全球募集到2億以上美金并用于腦機(jī)新技術(shù)研發(fā)的公司除了馬斯克的Neuralink，還有創(chuàng)立于2015年的華人團(tuán)隊(duì)BrainCo強(qiáng)腦科技。
強(qiáng)腦科技（BrainCo）創(chuàng)立于2015年，是首家入選哈佛大學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室（Harvard Innovation Lab）的華人團(tuán)隊(duì)。 2019年，中國科學(xué)院發(fā)布了全球人工智能企業(yè)Top20榜單， BrainCo位列其中。
Neuralink和BrainCo公司分別代表了腦機(jī)接口的兩種技術(shù)路徑——侵入式和非侵入式。
顧名思義，侵入式要在腦部上手術(shù)，把電極放在人的大腦皮層上，甚至插入大腦內(nèi)部，去直接采集人們大腦發(fā)生的電信號變化。
而非侵入式是在不破壞人體大腦的情況下，比如利用核磁共振、紅外線、腦電等技術(shù)，采集人們大腦中非常細(xì)微的腦電變化、信號變化，然后去識別人們大腦中的信息。
據(jù)BrainCo強(qiáng)腦科技創(chuàng)始人兼CEO韓璧丞介紹，在所有的腦機(jī)接口實(shí)驗(yàn)室中，做非侵入式實(shí)驗(yàn)的要比侵入式的多一些，大概占到70%左右；其它是侵入式的，而且其中只有一小部分是做人的，其余是做動物實(shí)驗(yàn)。
侵入式解決的問題是重度的腦疾病問題，比如說帕金森、重度癱瘓等。其優(yōu)點(diǎn)在于可以精準(zhǔn)監(jiān)測腦電波信號，多用于幫助基本喪失能力的患者實(shí)現(xiàn)義肢器械操作，缺點(diǎn)是開顱手術(shù)風(fēng)險大，適用面小，所獲取的信息量非常少。
非侵入式所解決的問題是更廣大的跟腦相關(guān)的疾病問題，比如老年癡呆、睡眠障礙、抑郁癥、自閉癥、人類的功能康復(fù)和人類的下一代交互等，其優(yōu)點(diǎn)在于只需要通過相關(guān)設(shè)備對大腦皮層的表面信號進(jìn)行分析，能夠直接進(jìn)行采集和處理信號，不需要外科手術(shù)的介入，更易被應(yīng)用于能實(shí)時監(jiān)測腦電波狀態(tài)的可穿戴設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)輔助功能，但難點(diǎn)在于信號極其微弱。
中國科學(xué)院院士楊雄里認(rèn)為，腦機(jī)接口技術(shù)方面還存在著很嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。無論是侵入式還是非侵入式都存在不少問題。“侵入式是記錄信號的電極怎么和生物體相融，怎么從生物體當(dāng)中把有用的信號解析出來，非侵入式怎么把信號從混有噪音的信號堆里把我們需要的信號提取出來，也要防止不同的腦區(qū)之間的信號干擾，這個還是有大量的工作要做。”
對此，韓璧丞也表示腦機(jī)接口技術(shù)有很高的壁壘，主要包括三大方向：第一，大腦的神經(jīng)元數(shù)量非常多，人的大腦有860億個到上千億個神經(jīng)元，這是一個復(fù)雜的群體，研究它整個機(jī)理以及相互之間的關(guān)聯(lián)和作用，本身就有極大的難度。第二，人類大腦非常特殊，它的可塑性非常強(qiáng)，一個人情緒善變或者感情善變，因?yàn)榇竽X的連接性和整個的功能增強(qiáng)減弱是一直在發(fā)生變化的，如何用算法來應(yīng)對這種實(shí)時的變化，這是腦機(jī)接口技術(shù)里非常難的地方。第三，大腦被包裹在顱骨里，要采取大腦里面的信號，技術(shù)上也面臨非常大的困難。這三點(diǎn)導(dǎo)致在整個腦機(jī)接口領(lǐng)域里，能真正采集到高精度的腦電信號并且能夠解析出來就變得非常困難?！岸乔秩胧侥X機(jī)接口的技術(shù)壁壘和難題正是如何在材料學(xué)上做突破，去解析那些噪音并把噪音去掉，從而采集到極其微弱的人體體征信號，進(jìn)而分析大腦里面千變?nèi)f化的思緒”，他補(bǔ)充道。
為了實(shí)現(xiàn)腦電精準(zhǔn)采集和便攜化，BrainCo團(tuán)隊(duì)在信號采集和解析上做出了重要突破，發(fā)明革新電極材料——水凝膠儲庫腦電電極，并申請了專利，這一技術(shù)突破了生物電信號大規(guī)模采集難點(diǎn)。同時攻克了便攜式生物電采集設(shè)備噪聲處理難點(diǎn)，大幅提升微型設(shè)備信號采集準(zhǔn)確率。2018年，BrainCo強(qiáng)腦科技開始將技術(shù)產(chǎn)品化。
在韓璧丞看來，早在十幾年前，歐美對腦機(jī)接口和腦科學(xué)的投入就十分密集，研發(fā)早、投入大，目前已經(jīng)有很多公司能夠成熟制造腦機(jī)接口類的產(chǎn)品。但中國腦機(jī)接口公司現(xiàn)在才剛剛起步，技術(shù)還處在一個需要大規(guī)模投入的早期階段?！皣鴥?nèi)現(xiàn)在也取得了很多成就，包括浙大的實(shí)驗(yàn)室、清華最近也發(fā)了很多非常好的科研文章。國內(nèi)有非常大的需求人群，也有非常大的市場空間以及有非常好的實(shí)驗(yàn)環(huán)境和條件、有非常好的產(chǎn)品和應(yīng)用層面的工程師。雖然我們起步晚，但是我們的發(fā)展速度現(xiàn)在其實(shí)是要比美國快的。我們在美國做一個材料測試，去協(xié)調(diào)工廠、材料、申請環(huán)境保護(hù)，這些流程可能需要9個月。而在中國可以一瞬間找到幾乎所有的供應(yīng)鏈，可能兩個月就可以完成了。但從國家層面來說現(xiàn)在最大困難是如何找到擁有混合知識體系的人才，這是需要時間來積累的，所以要加大這方面的人才培養(yǎng)和投入?！?/p>
從全球首款腦控智能手到智能仿生腿
2014年6月12日，巴西世界杯開幕式上，腦機(jī)接口領(lǐng)域的學(xué)術(shù)奠基人、法國科學(xué)院院士尼科萊利斯教授的團(tuán)隊(duì)展示了首個腦控機(jī)器人外骨骼，它讓巴西的截癱患者——運(yùn)動員Juliano Pinto為世界杯開球。這基本意味著腦機(jī)接口技術(shù)的到來。
同年，韓璧丞成為哈佛腦科學(xué)中心的博士生，開始組建BrainCo的團(tuán)隊(duì)，起初團(tuán)隊(duì)在哈佛的一個地下車庫里做底層的技術(shù)預(yù)研，思考怎么去應(yīng)用這些技術(shù)。
彼時，團(tuán)隊(duì)中有一位來自麻省理工的實(shí)習(xí)生，因?qū)嶒?yàn)室事故失去右手，正是這位同學(xué)提出，“不如我們做一只可以用大腦控制的手，讓像我原來自己的手一樣控制，那該多好?！?/p>
韓璧丞介紹，之前的腦機(jī)接口研究雖然做過機(jī)械臂控制研究，但采用的都是侵入式的方案，必須要在患者頭上做手術(shù)，才能夠?qū)崿F(xiàn)對于機(jī)械臂的控制。而非侵入式的解決方案根本沒有任何的行業(yè)對標(biāo)產(chǎn)品。
這件事情并不容易，手是人體最精密的器官，手臂上有大大小小34條不同的肌肉，以非侵入式的方式準(zhǔn)確捕捉到每一條肌肉所傳導(dǎo)的意識信號，并且將它還原出來成為原本的工作意圖非常困難。
但這件事情的社會意義是顯而易見的。根據(jù)中國殘疾人聯(lián)合會數(shù)據(jù)顯示，我國肢體殘疾的殘障人士有2472萬。然而據(jù)了解，中國肢體殘障人士的假肢的使用率非常低，包括各種形式在內(nèi)的假肢，使用率可能還不到1%率，主要原因是難以負(fù)擔(dān)動輒幾十萬的假肢價格。
2019年，BrainCo做出了全球第一款腦控機(jī)械義肢產(chǎn)品BrainRobotics智能仿生手，BrainRobotics采集殘疾人殘肢末端的肌電神經(jīng)電信號，通過深度學(xué)習(xí)的算法來還原殘疾人的運(yùn)動意圖，并讓假肢執(zhí)行相應(yīng)的動作，做到“手隨心動”。這一產(chǎn)品獲評《時代》雜志2019年度百大最佳發(fā)明，并登上了雜志封面。
BrainRobotics智能仿生手彈鋼琴
“我們花了五年的時間，團(tuán)隊(duì)才做出了一個手，這個手可以非常靈活地活動每一根手指，而且可以完全靠用戶自己的想象，這個手目前也是這個世界上唯一一個可以通過意識直接控制的智能假肢，并且用戶不需要做任何的手術(shù)，直接在殘臂上布上一群高通量的信息采集器，采集他的肌電和神經(jīng)電?！?/p>
目前，BrainRobotics智能仿生手可以通過裝配中心進(jìn)行采購、安裝，也有部分由政府或者慈善機(jī)構(gòu)統(tǒng)一采購，一年出貨近千臺，覆蓋80%的省份，價格大約是同類型產(chǎn)品的1/5。
12月21日，BrainRobotics智能仿生腿正式發(fā)布，BrainCo相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，傳統(tǒng)假肢不能像正常的腿部一樣接收來自大腦的指令，無法根據(jù)環(huán)境的情況和肌肉的情況進(jìn)行實(shí)時的步態(tài)調(diào)整，這樣的假肢只是一個支撐工具。
過去，智能仿生腿的難點(diǎn)在于如何判斷不同的殘疾人的動作意圖和判斷在不同環(huán)境下如何調(diào)整算法?！爸悄芟轮戎悄苌现撵`活度要少很多，但是難點(diǎn)是不同的路面承擔(dān)人體的重量，傳感器和皮膚接觸的過程當(dāng)中壓力產(chǎn)生變化，噪音的處理就是非常有挑戰(zhàn)的事?！?/p>
BrainRobotics智能仿生腿跳舞
為了實(shí)現(xiàn)如此快速且準(zhǔn)確的判斷，智能仿生腿需要在1秒內(nèi)采集最大2萬個肌電神經(jīng)電數(shù)據(jù)點(diǎn)，并聰明地識別出意圖，才能讀懂用戶。歷時2年，智能仿生腿正式投入量產(chǎn)。
除了康復(fù)場景的智能假肢，BrainCo還在教育和健康場景發(fā)力，目前已有Focus專注力提升系統(tǒng)等提升學(xué)生專注力的教育產(chǎn)品。2019年11月27日，科學(xué)期刊《傳感器》（Sensors）刊發(fā)了Nataliya Kosmyna和Pattie Maes兩位來自麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室（MIT Media Lab）學(xué)者的論文。論文結(jié)果顯示，使用這一系統(tǒng)的測試者，比未使用者（隨機(jī)組）的測試成績提升接近40%。
據(jù)了解，F(xiàn)ocus專注力提升系統(tǒng)官方售價為4980元，目前已經(jīng)進(jìn)入了400家教育機(jī)構(gòu)。
據(jù)悉，經(jīng)量子位分析師測算，目前我國腦機(jī)接口光設(shè)備的市場規(guī)模已經(jīng)在十億人民幣級別。預(yù)計(jì)到2040年，我國腦機(jī)接口純設(shè)備市場規(guī)模預(yù)計(jì)會達(dá)到560億人民幣，年均復(fù)合增長率在21%。
根據(jù)臻泰智能分析，我國腦機(jī)接口純設(shè)備的市場，在與具體的使用場景的結(jié)合后會產(chǎn)生明顯的放大效應(yīng)，未來可能達(dá)到千億規(guī)模。
韓璧丞告訴南方財經(jīng)全媒體記者，未來公司還將圍繞延緩老年癡呆進(jìn)程和解決睡眠障礙兩個重點(diǎn)方向進(jìn)行研發(fā)投入，“明年會推出相關(guān)的產(chǎn)品，全部商業(yè)化?！?nbsp;
元宇宙入口：神經(jīng)接口平臺
2021年可謂是元宇宙元年，10月，F(xiàn)acebook正式更名為Meta。
事實(shí)上，F(xiàn)acebook對元宇宙的布局早在多年前就開始了，且已經(jīng)收購了至少兩家公司。其中較為人知的是2014年以20億美金收購的VR頭戴設(shè)備公司Oculus，而另一家較為神秘的，是2019年以外傳10美金價格收購的腦機(jī)接口公司CTRL-Labs。
CTRL-Labs生產(chǎn)能夠套在手臂上采集肌電神經(jīng)電信號的臂環(huán)設(shè)備，通過它，將現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)的交互動作投射到虛擬世界中。也就是說，這是實(shí)現(xiàn)扎克伯格版本的元宇宙人機(jī)交互環(huán)節(jié)的關(guān)鍵設(shè)備。
什么是元宇宙？
可以把元宇宙理解為一個數(shù)字化的平行宇宙，因此，無論如何構(gòu)建元宇宙，都不可能繼續(xù)通過鼠標(biāo)鍵盤去感受元宇宙，入口問題始終是回避不開的話題。
對于在元宇宙概念下的深耕，韓璧丞表示不會做VR終端產(chǎn)品，而選擇做底層技術(shù)的一個供應(yīng)商，做元宇宙的入口級產(chǎn)品，為各類元宇宙方向的科技企業(yè)提供底層技術(shù)輸出?！拔覀冊敢庾鲞@個領(lǐng)域的安卓，把產(chǎn)品、技術(shù)分享給其他的廠家，把我們的SDK根據(jù)各個廠家想要實(shí)現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，比如說它想要有非常精細(xì)的操作，例如想在VR世界里面隔空打字，那么我們可以提供一個高通道的信息采集器?！?/span>
BrainCo團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，元宇宙的建立，不可或缺的是對人機(jī)交互方式的變革。在PC時代，通過鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行人機(jī)交互，而后又出現(xiàn)了多點(diǎn)觸摸、手勢控制AI技術(shù)的崛起；每次人機(jī)交互的變革都是從以機(jī)器為中心，逐漸邁向以人為中心的自然交互，而人機(jī)交互的終極形態(tài)應(yīng)該是人類本能的交互。
人的肌肉不管是在松弛狀態(tài)下還是在運(yùn)動狀態(tài)下，都會產(chǎn)生十分微弱的電信號。BrainCo搭建了一套將傳感器硬件和信號處理算法相結(jié)合的系統(tǒng)，可以精確地采集到這個信號，并且通過這個信號準(zhǔn)確地識別到人的動作意圖。在今年，這套感知系統(tǒng)進(jìn)行了全方位的升級，打造出了一個全新的神經(jīng)接口平臺。
現(xiàn)場，BrainCo演示了手勢識別、隔空拼圖、隔空打字等功能，通過這一平臺，可以將現(xiàn)實(shí)生活中真實(shí)的交互動作投射到虛擬世界中，可以做的比鼠標(biāo)和鍵盤更多，打破了二維世界里對場地和空間的束縛，進(jìn)入到三維世界的交互，和自然的肢體動作一樣，不需要鼠標(biāo)鍵盤手柄或任何控制器，可以直接用自己的手去接觸、命令、創(chuàng)造。
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