“2020年的世界机器人竞赛-BCI大脑控制机器人竞赛”公布结果,天津由大学和腾讯田燕实验室组成的C2Mind团队,成功获得技术大赛“颞叶脑单元”一等奖和技术锦标赛“颞叶脑机训练集”一等奖。
BCI(Brain-computer interface,脑机接口)是指对神经系统的电活动和特征信号进行采集、识别和转换,使人脑发出的指令直接传输到指定的机器终端,从而使人能够理解信息。机器人控制和操作更加高效便捷,俗称“脑控”。这项技术是神经科学和人工智能相结合的新技术。机器人通信领域具有重大的创新意义和使用价值,在残疾人康复、救灾、娱乐体验等诸多领域得到了广泛的应用。
经过天津由该大学和腾讯田燕实验室组成的C2Mind团队从运动想象(MI)的道路开始。这是一个非常重要的BCI范式,这意味着在没有任何肢体运动的情况下,用意念想象肢体运动是一种自发的脑电图。但是由于脑电信号的不稳定性,不同受试者之间的差异很大,即使是同一受试者在不同时间段采集的脑电信号也会有很大差异,这就使得脑机接口技术在使用前需要较长的校准时间,系统性能不稳定。这些问题严重影响了脑机接口技术运动想象范式在实际医疗场景中的应用。
腾讯田燕实验室研究运动想象算法的高级研究员刘璐燕介绍,腾讯田燕实验室提出了创新的运动想象脑电分类方法,解决了脑电数据差异大、数据集样本量小导致训练困难、训练模型泛化性能差的问题。该方法首先通过叠加相似样本的时频图对数据进行预处理,保证了数据多样性的扩展,同时保持了原始数据的时频特征,也增加了模型对不同被试者或同一被试者不同时间点脑电信号的泛化性能;其次,采用基于GAN的域自适应算法进一步增强模型对不同脑电信号的泛化性能。轻型卷积神经网络(CNN) 该算法训练的模型具有更强的鲁棒性和泛化性能。
据报道,世界机器人这场比赛在业内被称为机器人世界“奥林匹克”目前在国内外有着广泛的影响。机器人该领域的官方职业比赛自2015年以来已成功举办五届,吸引了来自全球20多个国家的12万多名选手参赛。BCI大脑控制机器人全球竞争机器人高科技科研竞赛已经成功举办了三届。本次大赛内容聚焦脑机接口技术在医疗康复等领域的创新应用,旨在促进该技术与各行业的交流合作,满足人们对医疗、养老、助残、康复等多样化的民生需求,实现该领域与各行业的跨越式融合发展。