一种基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统技术方案

一种基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，包括超声触觉相控阵、脑电帽、脑电信号检测板和主控计算机；在超声触觉相控阵任务模块构建输入指令、触觉感知指令和输出指令的对应关系，使用时频域编码方法生成触觉感知指令。超声触觉相控阵根据触觉感知指令的次序依次发射多路超声波聚焦到人的手上，并构建不同的形状，使人手可以感知不同的形状和触觉特性，并诱发空间想象。脑电帽定位采集大脑感应触觉和产生空间想象位置的脑电信号，传给脑电信号检测板。主控计算机接收生物电信号，对原始生物电信号进行通道分离、滤波去噪处理、智能解码，依次产生输出指令。本发明专利技术的系统可用输出指令操控无人装备，亦可对人的认知能力进行训练和提升。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子与信息工程中的人机交互、脑机接口，涉及一种基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统。

技术介绍

1、脑机接口(brain-computer interface,bci)是一种连接大脑和外部设备的实时通信系统，能够直接利用大脑信号对外部设备进行控制，实现意识与外界环境的直接交流与互动。bci系统在军事、临床与生产生活中具有广泛的应用前景。bci不仅可以通过获取特定区域的神经元自发放电，并将它们解码成命令信号来直接控制外部设备或肌肉组织，而且可以将响应反馈给神经网络，使人产生视觉、听觉、触觉等。非侵入式检测的脑电信号(electroencephalograph，eeg)是通过将电极安放在头皮或大脑皮层的表面记录到的神经元群体发放的突触后电位的总和。目前基于eeg的脑机接口使用的大脑模式主要包括farwell和donchin在1988年提出的p300视觉诱发电位、muller等人提出的稳态诱发电位(如稳态视觉诱发电位(steady-state visual evoked potentials,ssvep))以及由运动想象(motor image本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，其特征在于：包括超声触觉相控阵、脑电帽、脑电信号检测板和主控计算机；超声触觉相控阵与主控计算机通过USB连接，脑电帽戴在人头上，脑电帽与脑电信号检测板的模拟前端模块相连，脑电信号检测板与主控计算机通过无线通讯传输数据；

2.根据权利要求1所述的基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，其特征在于：所述超声触觉相控阵包括M×N换能器，超声触觉相控阵受主控计算机控制，发射M×N路不同相位延时的40kHz超声波，能用1-1kHz信号进行调制，在任意点聚焦，通过时空调制控制超声波以设定的频率启停，使得人手获得超声振动；超声触觉相控阵控...

【技术特征摘要】

1.一种基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，其特征在于：包括超声触觉相控阵、脑电帽、脑电信号检测板和主控计算机；超声触觉相控阵与主控计算机通过usb连接，脑电帽戴在人头上，脑电帽与脑电信号检测板的模拟前端模块相连，脑电信号检测板与主控计算机通过无线通讯传输数据；

2.根据权利要求1所述的基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，其特征在于：所述超声触觉相控阵包括m×n换能器，超声触觉相控阵受主控计算机控制，发射m×n路不同相位延时的40khz超声波，能用1-1khz信号进行调制，在任意点聚焦，通过时空调制控制超声波以设定的频率启停，使得人手获得超声振动；超声触觉相控阵控制焦点沿给定的二维形状以设定的速度在设定的若干位置移动，使人手获得用若干离散焦点模拟二维形状的触觉感知；根据任务文件输入指令，超声触觉相控阵下位机通过时空调制方法发出聚焦超声波在指定高度构建字符或规则形状，人手平放在指定高度，能够感受构建的字符或规则形状，并产生空间相象；超声触觉相控阵按照任务文件输入指令次序执行，m、n分别为正整数。

3.根据权利要求2所述的基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，其特征在于：脑电信号检测板包括模拟前端模块、主控模块、电源管理模块以及wi-fi射频模块；由脑电帽上生物电极以单端输入方式采集原始脑电信号，经过无源式阻容低通滤波后由模拟前端模块脑电adc芯片将信号放大、采样并将转换后的数字信号传输至主控模块mcu，主控模块mcu将经过打包的脑电数据通过uart串口发送给wi-fi射频模块，数据由wi-fi射频模块无线透传至主控计算机。

4.根据权利要求3所述的基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，其特征在于：脑电信号检测板的系统软件实现数据采集功能及逻辑控制功能，实现mcu各外设初始化、mcu外部中断以及同步采样、adc芯片寄存器配置，对脑电数据通过spi进行读取并打包，并从uart接口发送至wi-fi射频模块，完成对整个系统的逻辑控制功能。

5.根据权利要求4所述的基于超声触觉和空间想象的混合脑机接口系统，其特征在于：所述任务文件包括单个或若干输入指令的排列组合；输入指令用阿拉伯数字表示，一个阿拉伯数字表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：阳佳，李旗挺，王剑，李永远，肖肖，刘冬，孙光，刘建妥，马野，刘焱飞，宋盛菊，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：