“脑机接口”技术及其军事应用

霍梦兰

【摘 要】随着“脑机接口”技术的发展，智能家居、意念控制玩具，医疗康复等民用领域应用相对成熟。本文首先从“脑机接口”技术的实现过程介绍该技术的原理，然后对“脑机接口”技术在军事领域的应用进行了展望。

【关键词】脑机接口；脑控；军用应用

2014年巴西世界杯开幕式，一名腰部以下瘫痪的少年借助脑电波控制的机械外骨骼，成功地轮椅上站起来，开出世界杯的第一球，向全世界观众展示了脑科学技术发展的魅力。科学源于幻想。电影《阿凡达》的男主角是一位下肢瘫痪的前海军陆战队员，他通过头上佩戴的复杂设备，用思维去控制一具人造“外星人”阿凡达。虽然潘多拉星和阿凡达只是导演卡梅隆的虚构，但是得益于“脑机接口”技术的创新发展，利用“意念”也就是人脑的思维来操控外部物体已经不再是人类的空想。电影中的科幻情景已经开始走进我们的生活。

1 “脑机接口”技术的原理

脑机接口（简称BCI），是在人与外部设备间创建的直接连接通路。脑-机接口系统将从头皮或皮层神经元记录得到的脑电活动作为输入信号，然后将该信号经过信号处理，从中辨别出人的意图，最后把人的思维活动转换为命令信号，以实现对外部设备的控制和与对外界的交流。

简单来说，脑机接口技术帮助人类实现用大脑直接控制被控对象。

1.1 采集脑波信号

人的大脑是一个高度复杂的信息处理系统。根据研究发现，人的大脑平均每天产生7万个想法，每次神经活动都会产生轻微的放电，在科学上称为脑电信号。脑电信号可以通过脑电波技术测量得到。既然可以测量，就可以采集这些信号。

脑电信号的采集，目前主要有有创和无创两种形式。

有创是把采集信号的电极直接植入大脑，这种方法容易获取脑电信号。但是这种方法存在一个问题，把异物植入人的大脑组织，大脑会产生排异反应或炎症反应，所以不能植入太长时间。另外时间长了，信号会衰减。

无创是在大脑的外部设置信号捕捉器，因此，不会对人体造成创伤。国际上普遍采用的是脑电极帽。通过分布在头部表层皮肤的灵敏电极，精确地观察脑电波的波动并记录数据。无创这种方法的好处是对人没有损伤，可以一直记录，但他的弱点是信号非常微弱。

不管是有创还是无创，采集到的信号是一些原始的脑电信号，不能用来直接控制外部设备。

1.2 分析处理信号

在对脑电信号处理之前先要进行预处理。

脑电信号是一种微弱的低频电信号，只有百万分之一伏。因此，在进行有效的处理、分析之前，首先必须把信号放大。

然后，因为放大的信号中还含有脑电信号范围外的噪声和干扰，还必须通过一定的算法，去除噪声和干扰，提取出有用信号。这一环节叫做滤波。

最后，对提取出的有用脑电信号处理来识别人的意图，即分析采集的脑电信号特征。比如，当人想向左走的时候，就会形成一定特征的脑电信号；想向右走的时候，又会形成另外一种特征的信号。使用机器学习软件，通过训练能把表征不同含义的脑电信号的特征提取并存储在特征库中。下一次，人在想同样动作的时候，就把提取的特征信号与特征库里已经存储的特征数据进行匹配。如果一致，就能明确人脑的意图。

1.3 转换控制指令

将识别出的脑波信号，根据被控对象的不同，转换成具体的控制指令。如果控制对象是无人机，就产生无人机的控制信号；如果控制的是地面机器人，就产生机器人的控制信号。信号通过无线传输的方式来控制被控对象，被控对象可以是武器，也可以是类人机器人等等。

脑机接口，是在人和外部设备之间创建的直接连通通路。有了这个通路，人脑就可以直接控制被控对象。

2 “脑机接口”技术的军事应用

脑机接口技术自1973年出现以来，经过近半个世纪的发展，取得了很多突破，智能家居、意念控制玩具，医疗康复等等，应用相对成熟。在军事上，根据目前的研究情况来看，运用脑机接口技术，未来能够实现脑控。

2.1 脑控武器

脑控武器，即武器装备按照人的大脑意念思维执行操作。

我们对机械化、信息化武器装备的控制，是通过人操作鼠标，键盘、按钮或者用语音控制，脑机接口实现直接用脑控制。脑控在国际国内已经有实验室成功实现，只是还没有在战场上应用。2013年3月，英国研究人员开发出第一种用于控制飞船模拟器的“脑机接口”装置，戴在头上后通过人脑意念便可控制飞船模拟飞行。在军事上，利用脑控设备，仅仅利用飞行员的意识，就可以在F-35战斗机飞行模拟器中操纵战斗机。科研人员下一步的研究方向是直接用大脑去操控实际飞行。

国内在脑机接口技术方面的研究跟国际上处于同一水平。习主席在视察国防科大时强调，要大力推进科技进步和创新，加强自主创新团队建设，在前瞻性领域占有一席之地。2013年，国防科大机电工程与自动化学院创新团队研制成功脑控汽车。该车可按照人脑的思维意识启动、加减速或转弯。

可以相信，未来脑控战斗机、脑控装甲车、脑控枪等等都可以实现。武器装备将实现“随心所动”的智能化操作，做到感知即决策、决策即打击，极大提升装备的打击效能，引发武器装备操控模式革命。

2.2 脑控类人机器人

脑控类人机器人，即用人脑来直接控制类人机器人参战。

就像电影《阿凡达》中那样，用人脑来控制“阿凡达”，是武器装备全新的智能化发展方向。

Nature杂志在2000年报道了从猴子大脑皮层获取的神经信号实时控制千里之外的一个机器人。本世纪初，美国投入大量经费研究用人的意念控制机器人士兵。2004年，美军又资助多个实验室进行“思维控制机器人”研究。2013年，美国防部披露了一项叫做“阿凡达”研究项目，计划在未来实现能够通过意念远程操控“机器战士”，以代替士兵在战场上作战，遂行各种战斗任务。

人脑控制类人机器人，人类用大脑去控制机器人使用武器，从而实现战场的无人化、智能化和零伤亡。

“脑机接口”技术涉及神经科学、认知科学、控制科学、计算机科学和心理学等多学科交叉，是科学研究的前沿领域，并于近年来发展迅猛。但是，科学技术的发展是一把双刃剑，当我们赋予武器更多的智能的时候，我们不得不去考虑它未来将会产生的影响。但是，我们仍然可以大胆预测，“脑机接口”技术在军事领域的应用必将给未来战争带来一场新的深刻的变革。

【参考文献】

[1]王握文，李治.“脑机接口”技术：让“脑控”成为现实[N].解放军报，2015-5-21. [2]朱雪玲.“大脑作战”：未来作战新样式[N].解放军报，2015-7-2.

[3]孙翰，张雄，张玉，郭曼云.基于脑电信号的脑机接口技术[J].安徽科技，2015，4.

[责任编辑：田吉捷]