全球首款脑机接口智能仿生腿将投入市场 脑机接口技术开启元宇宙入口

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让我们来想象一些画面：断臂者在音乐厅里弹钢琴，失去双腿的人在舞台上翩翩起舞，自闭症儿童恢复到正常的社交、认知水平，老年人逐渐摆脱老年痴呆，失眠者不再需要通过药物控制就能快速入睡，普通人甚至高位截瘫患者都可以隔空打字、通过意念操控电子设备看视频、刷抖音……

隔空打字

以上场景有的已经成为现实，有的正在一步步变成现实，这些都得益于脑机接口技术的赋能。

何为脑机接口？

脑机接口，是大脑与机器相连的接口，它在大脑与外部设备之间建立了一个能够直接传送信号的通路，从而实现脑与设备的信息交换。脑机接口技术是人工智能的下一代技术，是人工智能和人类智能相结合的融合智能。

近几年来，埃隆·马斯克投资的脑机接口公司Neuralink备受瞩目，这是“科技怪人”马斯克在自动驾驶和太空探索之后的工作重心。

2019年，Neuralink发布了微型芯片和手术机器人；2020年，Neuralink首次在动物身上实验，在三只小猪的头上植入了芯片和电极，成功读取脑电信号；2021年，Neuralink宣称希望通过脑机接口技术让瘫痪病人站起来。

据媒体报道，今年7月Neuralink完成了C轮融资，共筹得2.05亿美元，被认为是脑机接口领域迄今为止规模最大的融资。

据悉，目前全球募集到2亿以上美金并用于脑机新技术研发的公司除了马斯克的Neuralink，还有创立于2015年的华人团队BrainCo强脑科技。

强脑科技（BrainCo）创立于2015年，是首家入选哈佛大学创新实验室（Harvard Innovation Lab)的华人团队。 2019年，中国科学院发布了全球人工智能企业Top20榜单， BrainCo位列其中。

Neuralink和BrainCo公司分别代表了脑机接口的两种技术路径——侵入式和非侵入式。

顾名思义，侵入式要在脑部上手术，把电极放在人的大脑皮层上，甚至插入大脑内部，去直接采集人们大脑发生的电信号变化。

而非侵入式是在不破坏人体大脑的情况下，比如利用核磁共振、红外线、脑电等技术，采集人们大脑中非常细微的脑电变化、信号变化，然后去识别人们大脑中的信息。

据BrainCo强脑科技创始人兼CEO韩璧丞介绍，在所有的脑机接口实验室中，做非侵入式实验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，其余是做动物实验。

侵入式解决的问题是重度的脑疾病问题，比如说帕金森、重度瘫痪等。其优点在于可以精准监测脑电波信号，多用于帮助基本丧失能力的患者实现义肢器械操作，缺点是开颅手术风险大，适用面小，所获取的信息量非常少。

非侵入式所解决的问题是更广大的跟脑相关的疾病问题，比如老年痴呆、睡眠障碍、抑郁症、自闭症、人类的功能康复和人类的下一代交互等，其优点在于只需要通过相关设备对大脑皮层的表面信号进行分析，能够直接进行采集和处理信号，不需要外科手术的介入，更易被应用于能实时监测脑电波状态的可穿戴设备中，实现辅助功能，但难点在于信号极其微弱。

中国科学院院士杨雄里认为，脑机接口技术方面还存在着很严峻的挑战。无论是侵入式还是非侵入式都存在不少问题。“侵入式是记录信号的电极怎么和生物体相融，怎么从生物体当中把有用的信号解析出来，非侵入式怎么把信号从混有噪音的信号堆里把我们需要的信号提取出来，也要防止不同的脑区之间的信号干扰，这个还是有大量的工作要做。”

对此，韩璧丞也表示脑机接口技术有很高的壁垒，主要包括三大方向：第一，大脑的神经元数量非常多，人的大脑有860亿个到上千亿个神经元，这是一个复杂的群体，研究它整个机理以及相互之间的关联和作用，本身就有极大的难度。第二，人类大脑非常特殊，它的可塑性非常强，一个人情绪善变或者感情善变，因为大脑的连接性和整个的功能增强减弱是一直在发生变化的，如何用算法来应对这种实时的变化，这是脑机接口技术里非常难的地方。第三，大脑被包裹在颅骨里，要采取大脑里面的信号，技术上也面临非常大的困难。这三点导致在整个脑机接口领域里，能真正采集到高精度的脑电信号并且能够解析出来就变得非常困难。“而非侵入式脑机接口的技术壁垒和难题正是如何在材料学上做突破，去解析那些噪音并把噪音去掉，从而采集到极其微弱的人体体征信号，进而分析大脑里面千变万化的思绪”，他补充道。

为了实现脑电精准采集和便携化，BrainCo团队在信号采集和解析上做出了重要突破，发明革新电极材料——水凝胶储库脑电电极，并申请了专利，这一技术突破了生物电信号大规模采集难点。同时攻克了便携式生物电采集设备噪声处理难点，大幅提升微型设备信号采集准确率。2018年，BrainCo强脑科技开始将技术产品化。

在韩璧丞看来，早在十几年前，欧美对脑机接口和脑科学的投入就十分密集，研发早、投入大，目前已经有很多公司能够成熟制造脑机接口类的产品。但中国脑机接口公司现在才刚刚起步，技术还处在一个需要大规模投入的早期阶段。“国内现在也取得了很多成就，包括浙大的实验室、清华最近也发了很多非常好的科研文章。国内有非常大的需求人群，也有非常大的市场空间以及有非常好的实验环境和条件、有非常好的产品和应用层面的工程师。虽然我们起步晚，但是我们的发展速度现在其实是要比美国快的。我们在美国做一个材料测试，去协调工厂、材料、申请环境保护，这些流程可能需要9个月。而在中国可以一瞬间找到几乎所有的供应链，可能两个月就可以完成了。但从国家层面来说现在最大困难是如何找到拥有混合知识体系的人才，这是需要时间来积累的，所以要加大这方面的人才培养和投入。”

从全球首款脑控智能手到智能仿生腿

2014年6月12日，巴西世界杯开幕式上，脑机接口领域的学术奠基人、法国科学院院士尼科莱利斯教授的团队展示了首个脑控机器人外骨骼，它让巴西的截瘫患者——运动员Juliano Pinto为世界杯开球。这基本意味着脑机接口技术的到来。

同年，韩璧丞成为哈佛脑科学中心的博士生，开始组建BrainCo的团队，起初团队在哈佛的一个地下车库里做底层的技术预研，思考怎么去应用这些技术。

彼时，团队中有一位来自麻省理工的实习生，因实验室事故失去右手，正是这位同学提出，“不如我们做一只可以用大脑控制的手，让像我原来自己的手一样控制，那该多好。”

韩璧丞介绍，之前的脑机接口研究虽然做过机械臂控制研究，但采用的都是侵入式的方案，必须要在患者头上做手术，才能够实现对于机械臂的控制。而非侵入式的解决方案根本没有任何的行业对标产品。

这件事情并不容易，手是人体最精密的器官，手臂上有大大小小34条不同的肌肉，以非侵入式的方式准确捕捉到每一条肌肉所传导的意识信号，并且将它还原出来成为原本的工作意图非常困难。

但这件事情的社会意义是显而易见的。根据中国残疾人联合会数据显示，我国肢体残疾的残障人士有2472万。然而据了解，中国肢体残障人士的假肢的使用率非常低，包括各种形式在内的假肢，使用率可能还不到1%率，主要原因是难以负担动辄几十万的假肢价格。

2019年，BrainCo做出了全球第一款脑控机械义肢产品BrainRobotics智能仿生手，BrainRobotics采集残疾人残肢末端的肌电神经电信号，通过深度学习的算法来还原残疾人的运动意图，并让假肢执行相应的动作，做到“手随心动”。这一产品获评《时代》杂志2019年度百大最佳发明，并登上了杂志封面。

BrainRobotics智能仿生手弹钢琴

“我们花了五年的时间，团队才做出了一个手，这个手可以非常灵活地活动每一根手指，而且可以完全靠用户自己的想象，这个手目前也是这个世界上唯一一个可以通过意识直接控制的智能假肢，并且用户不需要做任何的手术，直接在残臂上布上一群高通量的信息采集器，采集他的肌电和神经电。”

目前，BrainRobotics智能仿生手可以通过装配中心进行采购、安装，也有部分由政府或者慈善机构统一采购，一年出货近千台，覆盖80%的省份，价格大约是同类型产品的1/5。

12月21日，BrainRobotics智能仿生腿正式发布，BrainCo相关负责人介绍，传统假肢不能像正常的腿部一样接收来自大脑的指令，无法根据环境的情况和肌肉的情况进行实时的步态调整，这样的假肢只是一个支撑工具。

过去，智能仿生腿的难点在于如何判断不同的残疾人的动作意图和判断在不同环境下如何调整算法。“智能下肢比智能上肢的灵活度要少很多，但是难点是不同的路面承担人体的重量，传感器和皮肤接触的过程当中压力产生变化，噪音的处理就是非常有挑战的事。”

BrainRobotics智能仿生腿跳舞

为了实现如此快速且准确的判断，智能仿生腿需要在1秒内采集最大2万个肌电神经电数据点，并聪明地识别出意图，才能读懂用户。历时2年，智能仿生腿正式投入量产。

除了康复场景的智能假肢，BrainCo还在教育和健康场景发力，目前已有Focus专注力提升系统等提升学生专注力的教育产品。2019年11月27日，科学期刊《传感器》（Sensors）刊发了Nataliya Kosmyna和Pattie Maes两位来自麻省理工学院媒体实验室（MIT Media Lab）学者的论文。论文结果显示，使用这一系统的测试者，比未使用者（随机组）的测试成绩提升接近40%。

据了解，Focus专注力提升系统官方售价为4980元，目前已经进入了400家教育机构。

据悉，经量子位分析师测算，目前我国脑机接口光设备的市场规模已经在十亿人民币级别。预计到2040年，我国脑机接口纯设备市场规模预计会达到560亿人民币，年均复合增长率在21%。

根据臻泰智能分析，我国脑机接口纯设备的市场，在与具体的使用场景的结合后会产生明显的放大效应，未来可能达到千亿规模。

韩璧丞告诉南方财经全媒体记者，未来公司还将围绕延缓老年痴呆进程和解决睡眠障碍两个重点方向进行研发投入，“明年会推出相关的产品，全部商业化。”

元宇宙入口：神经接口平台

2021年可谓是元宇宙元年，10月，Facebook正式更名为Meta。

事实上，Facebook对元宇宙的布局早在多年前就开始了，且已经收购了至少两家公司。其中较为人知的是2014年以20亿美金收购的VR头戴设备公司Oculus，而另一家较为神秘的，是2019年以外传10美金价格收购的脑机接口公司CTRL-Labs。

CTRL-Labs生产能够套在手臂上采集肌电神经电信号的臂环设备，通过它，将现实生活中真实的交互动作投射到虚拟世界中。也就是说，这是实现扎克伯格版本的元宇宙人机交互环节的关键设备。

什么是元宇宙？

可以把元宇宙理解为一个数字化的平行宇宙，因此，无论如何构建元宇宙，都不可能继续通过鼠标键盘去感受元宇宙，入口问题始终是回避不开的话题。

对于在元宇宙概念下的深耕，韩璧丞表示不会做VR终端产品，而选择做底层技术的一个供应商，做元宇宙的入口级产品，为各类元宇宙方向的科技企业提供底层技术输出。“我们愿意做这个领域的安卓，把产品、技术分享给其他的厂家，把我们的SDK根据各个厂家想要实现的结果进行调整，比如说它想要有非常精细的操作，例如想在VR世界里面隔空打字，那么我们可以提供一个高通道的信息采集器。”

BrainCo团队认为，元宇宙的建立，不可或缺的是对人机交互方式的变革。在PC时代，通过键盘和鼠标进行人机交互，而后又出现了多点触摸、手势控制AI技术的崛起；每次人机交互的变革都是从以机器为中心，逐渐迈向以人为中心的自然交互，而人机交互的终极形态应该是人类本能的交互。

人的肌肉不管是在松弛状态下还是在运动状态下，都会产生十分微弱的电信号。BrainCo搭建了一套将传感器硬件和信号处理算法相结合的系统，可以精确地采集到这个信号，并且通过这个信号准确地识别到人的动作意图。在今年，这套感知系统进行了全方位的升级，打造出了一个全新的神经接口平台。

现场，BrainCo演示了手势识别、隔空拼图、隔空打字等功能，通过这一平台，可以将现实生活中真实的交互动作投射到虚拟世界中，可以做的比鼠标和键盘更多，打破了二维世界里对场地和空间的束缚，进入到三维世界的交互，和自然的肢体动作一样，不需要鼠标键盘手柄或任何控制器，可以直接用自己的手去接触、命令、创造。

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