Đang tải... (xem toàn văn)
TIỂU LUẬN ĐIỀU KHIỂN VẬT BẰNG TRÍ NÃO THÔNG QUA EMOTIV INSIGHT Vấn đề Từ khi BCI ( Brain – computer Interface), sự kết nối giữa não bộ và máy tính được khám phá, đó luôn là 1 vấn đề nóng của con người về mục tiêu khai phá sức mạnh của bộ não. Song song đó, tồn tại những khó khăn đi kèm. Bởi lẽ luôn có những giới hạn ở mặt ý thức và suy nghĩ khi giao tiếp với 1 cái máy. Dần dần, sự phát triển của hệ máy EEG cá nhân giá rẻ, các ứng dụng của EEG không còn gói gọn trong phòng thí nghiệm. Giờ đây, với thiết bị EEG cầm tay, 1 bệnh nhân có thể điều khiển xe lăn, cánh tay giả hay bàn phím và chuột thông qua chính trí não của họ. Trong đó phải kể đến EMOTIV, một thiết bị hỗ trợ con người có thể tự tập luyện thao tác với 1 hệ BCI đơn giản. C. Phương pháp Sử dụng Emotiv Insight , luyện tập điều khiển vật thể bằng suy nghĩ với sự hỗ trợ của phần mềm Emotiv Xavier Control Panel. D. Kết quả chính Điều khiển được vật thể đẩy ( Push ) , và nâng lên trên ( Lift) bằng suy nghĩ thông qua Emotiv Insight. E. Kết luận chính Khả năng vô hạn của BCI và sự hỗ trợ của Emotiv Insight có thể giúp con người theo dõi, cải thiện khả năng của bộ não. Từ đó có thể ứng dụng ở nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong ngành Khoa học ứng dụng – Kỹ thuật y sinh, ở mặt Phục hồi chức năng.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO TIỂU LUẬN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y HỌC VÀ THÍ NGHIỆM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: THẦY LÊ CAO ĐĂNG LỚP: KU17VLY ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VẬT BẰNG TRÍ NÃO THƠNG QUA THIẾT BỊ EMOTIV INSIGHT Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 14, tháng 12, năm 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÁO CÁO BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC: KỸ THUẬT THIẾT BỊ Y HỌC VÀ THÍ NGHIỆM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: THẦY LÊ CAO ĐĂNG LỚP : KU17VLY ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VẬT BẰNG TRÍ NÃO THƠNG QUA THIẾT BỊ EMOTIV INSIGHT TIỂU LUẬN ĐIỀU KHIỂN VẬT BẰNG TRÍ NÃO THƠNG QUA EMOTIV INSIGHT Nhóm: Danh sách sinh viên: Phan Trường Duy 1710807 Phạm Hồng Phát 1712577 Tăng Thanh Thảo 1713193 Phạm Mạnh Duyên 1710842 I TỔNG QUAN A Đối tượng ( Subject ) Tên : Phạm Hồng Phát Chiều cao : 172 cm Tuổi 20 Cân nặng : 78 kg B Giới tính : Nam Vấn đề Từ BCI ( Brain – computer Interface), kết nối não máy tính khám phá, ln vấn đề nóng người mục tiêu khai phá sức mạnh não Song song đó, tồn khó khăn kèm Bởi lẽ ln có giới hạn mặt ý thức suy nghĩ giao tiếp với máy Dần dần, phát triển hệ máy EEG cá nhân giá rẻ, ứng dụng EEG khơng cịn gói gọn phịng thí nghiệm Giờ đây, với thiết bị EEG cầm tay, bệnh nhân điều khiển xe lăn, cánh tay giả hay bàn phím chuột thơng qua trí não họ Trong phải kể đến EMOTIV, thiết bị hỗ trợ người tự tập luyện thao tác với hệ BCI đơn giản C Phương pháp Sử dụng Emotiv Insight , luyện tập điều khiển vật thể suy nghĩ với hỗ trợ phần mềm Emotiv Xavier Control Panel D Kết Điều khiển vật thể đẩy ( Push ) , nâng lên ( Lift) suy nghĩ thông qua Emotiv Insight E Kết luận Khả vơ hạn BCI hỗ trợ Emotiv Insight giúp người theo dõi, cải thiện khả não Từ ứng dụng nhiều lĩnh vực, đặc biệt ngành Khoa học ứng dụng – Kỹ thuật y sinh, mặt Phục hồi chức II GIỚI THIỆU A Giới thiệu BCI : Là viết tắt Brain – computer – interface ( Giao diện não – máy tính) : hệ thống liên kết não máy tính, nhằm thực nhiều nhiệm vụ : chơi game, điều khiển cánh tay giả, xe lăn, giúp bệnh nhân bại liệt toàn thân giao tiếp qua máy đánh chữ… hệ thống BCI gồm module : Signal Acquisition : Thu nhận tín hiệu : Thường headset EEG (có thể MRI, fNIR,…) : để thu tín hiệu từ não bệnh nhân Signal processing : Xử lý tính hiệu : + Artifact removal – lọc nhiễu (PCA, ) + Feature extraction – trích suất đặc trưng để dùng phân loại ( Biến đổi Wavelet, biến đổi Fourier, ) + Classification - Phân loại ( SVM, K-mean clustering, ) : Phân loại hành động dựa vào feature trích xuất bước trước, dùng thuật tốn Machine learning + Cho output : Đó hành động nào? Bước Signal processing + Output : Dùng điều khiển( giả lập mental command, cánh tay giả, xe lăn ) B EMOTIV INSIGHT Emotiv Insight Emotiv Insight, sản phẩm founder Tan Le, người gốc Việt Thung lũng Silicon, đánh giá giúp người hiểu rõ thân Dùng suy nghĩ để điều khiển đồ vật mà không cần dùng động tác hay lời nói Emotiv giúp tương tác người với máy tính để máy hiểu khơng bạn hướng làm mà cịn đáp ứng với biểu cảm khuôn mặt trải nghiệm cảm xúc bạn Chức giống máy điện não đồ mà bạn thường thấy bệnh viện chúng cải tiến hơn, giúp người dùng theo dõi hoạt động não lúc, nơi mà không cần đến người có chun mơn hỗ trợ 2.1 Phần cứng 2.1.1 Emotiv Insight NeuroHeadset Thiết bị có kênh bao gồm vị trí điện cực : AF3, AF4, T7, T8, Pz Vị trí điện cực chức vùng não tương ứng : Điện cực AF3 AF4 tương ứng với thùy trán (Prefrontal cortex), gồm chức : + Ra định + Điều phối cảm xúc đạo đức + Sự tập trung có chủ đích + Lập kế hoạch Điện cực T7 T8 ứng với thùy thái dương – vùng Broca : + Nhận diện khuôn mặt + Ngôn ngữ + Xử lý kích thích thính giác ( âm thanh) Điện cực Pz : Chính thùy đỉnh : + Xử lý khả nhận thức : + Nhận thức không gian, thời gian 7 7 Chú thích : Power Light, đèn sáng màu trắng thiết bị mở : Charging Port : lỗ cắm sạc : Power Button, nút mở : Đèn hiệu sạc : Reference Sensor, cảm biến chuẩn, đeo sau xương lỗ tai : Temporal Sensor, cảm biến thái dương, : Polymers Sensor, cảm biến polyme Thông số kĩ thuật 2.1.2 Emotive USB Reciver Universal Model Thiết bị USB kết nối máy tính với Headset thơng qua bluetooth 2.2 Phần mềm Emotiv Insght với Bộ phát triển phần mềm SDK – Software Development Kit phát hành loạt phần mềm hỗ trợ cho sản phẩm EmotivBCI cho máy tính smartphone Ngoài ra, phải kể đến Emotiv Xavier Control Panel sử dụng máy tính, tích hợp software cho EPOC lẫn Insight Ở tiểu luận , nhóm chọn phần nhận thức di chuyển vật thể Cognitve - Mental Command để phân tích III QUY TRÌNH THỰC HIỆN Chuẩn bị Bước : Gắn đầy đủ tất cảm biến vào Headset (Tay cảm biến tháo rời gắn quay vào trong) đảm bảo gắn thật Bước : Thoa nước muối lên cảm biến polymer điểm da đầu cần đo trước đeo headset vào Bước : Kiểm tra headset có sạc đầy đủ , đủ ấn vào Power Button Bước : Kiểm tra điểm điện cực cần đo AF3 , AF4, T7 , T8 , Pz , thể mức độ màu : - Màu xanh : Good , tín hiệu truyền tốt - Màu cam : Poor, tín hiệu truyền khơng ổn - Màu đỏ : Bad , tín hiệu tệ, gần khơng có - Màu đen : No signal, khơng có tín hiệu 10 Training Cognitive Bước Chọn hành động có sẵn từ danh sách cho trước tab Insight – Detections – Mental – Command - Training ( ví dụ Push ) Bước 2: 11 - Chọn Start Training subject sẵn sàng để bắt đầu, q trình training kéo dài giây địi hỏi tập trung “cognitive- nhận thức “ , trình này, chọn động tác hay suy nghĩ để qui ước cho hành động muốn train Ví dụ : hành động Push, subject nhóm chọn qui ước tập trung không suy nghĩ để train Subject tập trung để train hành động Push Bước Nếu chấp nhận liệu training, nhấn Yes cửa sổ Training Completed ra, khơng chọn Abort Trainging để train lại 12 Thực Action Bước Chọn qua tab Action Bước Thực lại train cho hành động Ví dụ hành động Push chọn tập trung, subject tập trung lúc train, mức độ tập trung thể qua Power cường độ việc đẩy hình khối IV KẾT QUẢ Kết thu - Nhóm chọn hành động để thao tác Mental Command, Push Lift - Bảng qui ước hành động : 13 QUI ƯỚC ACTION CỦA VẬT Nháy mắt liên tục Lift ( Nâng vật ) Tập trung không suy nghĩ Push ( Vật bị đẩy xa trở nên nhỏ lại ) Thư giãn, không suy nghĩ Neutral (Vật trở vị trí giữa) Lift Khi subject nhắm mở mắt liên tục, vật bị nâng lên cao, trạng thái Lift 14 Push Khi subject tập trung cao độ không suy nghĩ, vật bị đẩy xa trở nên nhỏ lại, trạng thái Push Phân tích, giải thích kết Phương pháp phân tích liệu Mental command thơng qua hệ BCI sử dụng đầu vào tín hiệu EEG : 15 Trong giây huấn luyện, hệ thống thu nhận tín hiệu quy ước người dùng “gán” tín hiệu với hành động tương ứng Tới pha hành động, người dùng thực trạng thái tinh thần quy ước lúc huấn luyện hệ BCI nhận diện cho Input theo quy ước => Di chuyển khối lập phương 16 Nhận xét kết trình huấn luyện : Nhìn chung, việc huấn luyện điều khiển vật, mức độ tăng dần số hành động cần quy ước tăng lên : _ hành động : mức dễ _ hành động : mức vừa _ hành động : mức khó _ hành động : Chỉ có chuyên gia thực Bài tiểu luận chúng em chọn hành động quy ước nên mức vừa, khơng q khó Người huấn luyện tập nhiều ngày rải rác, tổng thời gian luyện tập xấp xỉ : tiếng Khó khăn : Q trình huấn luyện gặp khó khăn vấn đề : + Việc chọn hành động để quy ước pha huấn luyện : Khi huấn luyện, dù giây phải cẩn thận : kết nối điện cực phải tốt, người huấn luyện không phân tâm quan hành động quy ước lúc huấn luyện vừa phải phân biệt rõ với trạng thái neutral, vừa dễ dàng thực lại cần Có trường hợp xảy lúc training : + Nếu người huấn luyện tập trung không đủ : phần mềm nhần lẫn hành động push trạng thái neutral Lúc khối lập phương chuyển động dù người tham gia chưa hiệu lệnh + Nếu người huấn luyện tập trung cách mức : Lúc hành động khó thực lại trạng thái tập trung Dẫn đến khối lập phương không chuyển động 17 Đánh giá: Có lưu ý quan trọng: Trình mental command Xavier BCI dạng motor-imaginary mà sử dụng thay đổi trang thái não (như tập trung,…) để điều khiển vật motor-imaginary dạng BCI dùng hình ảnh tưởng tượng hành động thể để điều khiển vật Ví dụ : Nếu muốn dịch chuyển khối lập phương sang trái, ta tưởng nâng tay trái lên, … Lý Emotiv Insight dùng cho BCI motor-imaginary : Emotiv Insight thiếu số điện cực quan trọng việc thu nhận tín hiệu hành động thể : + C3 F3 - điện cực thu nhận tín hiệu chuyển động phần bên phải thể + C4 F4 – điện cực thu nhận tín hiệu chuyển động phần trái thể Hệ máy Emotiv EPOC với 14 điện cực thực motor-imaginary BCI Thêm vào đó, việc phân biệt chuyển động tay trái phải thông qua EEG khó khăn phần mềm Xavier khơng hỗ trợ tính Như vậy, người huấn luyện quy ước hành động tay trái tay phải lúc huấn luyện, hiệu không cao V KẾT LUẬN CHUNG Việc huấn luyện điều khiển vật cách thay đổi trang thái não tập trung khơng q khó khăn Điều quan trọng tìm quy ước hành động khơng q khó khơng dễ gây nhầm lẫn VI TÀI LIỆU THAM KHẢO 18 … 19 ... THUẬT THIẾT BỊ Y HỌC VÀ THÍ NGHIỆM GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: THẦY LÊ CAO ĐĂNG LỚP : KU17VLY ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VẬT BẰNG TRÍ NÃO THÔNG QUA THIẾT BỊ EMOTIV INSIGHT TIỂU LUẬN ĐIỀU KHIỂN VẬT BẰNG TRÍ NÃO... dụng Emotiv Insight , luyện tập điều khiển vật thể suy nghĩ với hỗ trợ phần mềm Emotiv Xavier Control Panel D Kết Điều khiển vật thể đẩy ( Push ) , nâng lên ( Lift) suy nghĩ thơng qua Emotiv Insight. .. phịng thí nghiệm Giờ đây, với thiết bị EEG cầm tay, bệnh nhân điều khiển xe lăn, cánh tay giả hay bàn phím chuột thơng qua trí não họ Trong phải kể đến EMOTIV, thiết bị hỗ trợ người tự tập luyện
