Спецпроекты

Россияне запускают производство «железа» для управления механизмами силой мысли

Бизнес Инвестиции и M&A Интеграция Инфраструктура Электроника Техника
Отечественная открытая аппаратно-программная платформа позволит значительно сэкономить средства при создании устройств для управления роботизированными устройствами. Запуск производства обещан уже во II квартале 2020 г.

Готово к производству, есть первый заказчик

Компания «Линукс-формат» и лаборатория «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ СПбПУ (ПСПОД) объявили о планах запуска в массовое производство открытой аппаратно-программной платформы для нейротренажеров и нейроинтерфейсов.

Инвестиции в разработку системы для снятия сигналов мозга и генерации их управляющего воздействия на внешнее устройство составили порядка 30 млн руб. Из них 20 млн руб. были получены в виде гранта Фонда содействия инновациям, остальная сумма была предоставлена из собственных средств компании «Линукс-формат».

Себестоимость нейрогарнитуры, по данным «Линукс Формат», составит около 15 тыс. руб. ., что значительно меньше цены аналогов. Как отмечают в компании «Линукс-формат», программное и аппаратное обеспечение платформы будет опубликовано под свободной лицензией, что позволит школьникам, студентам и разработчикам использовать конструктор для создания собственных устройств на его основе.

По данным разработчиков, запуск производства запланирован на II квартал 2020 г. Уже известен первый заказчик нейроконструктора. Им станет международная сеть школ робототехники «Роббо клуб» с сетью из более чем 120 кружков в России и за границей, которая специализируется на обучении детей школьного возраста основам алгоритмики, программирования и робототехники. Нейроконструкторы будут использоваться для обучения детей разработке систем управления роботами с помощью сигналов мозга.

Как пояснили CNews в компании «Роббо клуб», нейроконструкторы будут выпускаться на одном из производств в Санкт-Петербурге на контрактной основе. По предварительным данным, цена одного нейроконструктора «Роббо» составит порядка $200-300. В компании отметили, что потребности сети «Роббо» подразумевают заказ более 1000 таких нейроконструкторов.

«Кроме учебных целей, платформа найдет применение в социальной и коммерческой сферах. К примеру, есть интерес со стороны организаций, работающих с людьми с ограниченными возможностями. Нейрогарнитура позволяет управлять техническими средствами передвижения с помощью сигналов головного мозга. Кроме этого, HR службы компаний с помощью нейроинтерфейса могут анализировать эффективность команды и отдельных сотрудников в рамках поставленных задач», – сказала Марина Болсуновская, заведующая лабораторией ПСПОД.

Технические особенности

Нейрогарнитура оснащается хлоридсеребряными электродами отечественного производства. Элементы корпуса устройства печатаются на фотополимерных (SLA) 3D-принтерах.

neuro4.jpg
Элементы конструкции нейрогарнитуры

Программно-аппаратная часть нейрогарнитуры включает чип InvenSense MPU-9250, который исполняет функции гироскопа, акселерометра и магнитометра. Аналого-цифровой преобразователь выполнен на чипе Texas Instruments ADS1299, разработанном для биомедицинского применения и оснащенном предварительным малошумящим усилителем. Функции беспроводного интерфейса BLE выполняет чип nRF52 с ядром ARM DSP.

Сигнал, получаемый после оцифровки чипом ADS1299, подвергается предварительной обработке, фильтрации и нормализации. Далее из спектрограммы сигнала выделяются частотные диапазоны, отвечающие за альфа-, бета- и тета-ритмы работы головного мозга.

neuro1.jpg
Программно-аппаратный комплекс нейроконструктора

Комплекс также позволяет получить и исследовать исходный сигнал без предварительной обработки, который выводится через порт USB на ПК для анализа данных средствами стороннего или самописного ПО. Для минимизации временных и финансовых затрат разработчики использовали открытое свободно распространяемое ПО BrainBay.

Как это работает

Аппаратно-программный модульный комплекс представляет собой нейроинтерфейс, ориентированный на практическое применение, в частности, для создания нейрообразовательной платформы для детей.

Снятие, предварительная обработка и анализ сигналов производится на аппаратной части нейрогарнитуры, которая выполнена в виде надеваемого на голову обруча. Передача управляющих команд на роботизированную платформу происходит через беспроводной интерфейс Bluetooth с использованием BLE-модуля. За взаимодействие и трансляцию команд отвечает приложение под ОС Android, на него возложены прием и передача данных между гарнитурой и устройством.

Комплекс обеспечивает управление движениям роботизированных устройств (направление, скорость) с помощью устройства для считывания сигналов мозговой активности пользователя. Нейроинтерфейс передает считанные сигналы на процессор, где происходит их обработка и последующая передача управляющей команды с учетом данных акселерометра и гироскопа.

Гироскоп и акселерометр, встроенные в чип нейрогарнитуры, позволяют определять поворот и угол наклона головы пользователя. Эти данные могут быть использованы для управления скоростью и направлением движения робота.

neuro2.jpg
Взаимодействие модулей нейроинтерфейса

Платформа также позволяет управлять действиями различных устройств на основе данных о мозговой активности от нейрогарнитуры, обеспечивая такие действия как захват, бросок и т. д. Пользователю также доступно применение элементов дополненной реальности при взаимодействии нейроинтерфейса и дополнительной внешней камеры и 3D-очков.

neuro3.jpg
Демо на форуме «Глобальное технологическое лидерство», декабрь 2019

Так, например, возможным вариантом реализации функции «захват» для нейрогарнитуры является управление уровнем альфа-волн. Этот уровень существенно повышается, если пользователь системы находится в расслабленном состоянии с закрытыми глазами.

Планы и перспективы коммерциализации проекта

Компания «Линукс-формат» в январе 2020 г. запустила процесс подбора производственной площадки в Санкт-Петербурге и сбор заявок на предварительный заказ.

Ожидается, что помимо выпуска обучающих нейроконструкторов для детских кружков, комплекс найдет применение в системах управления робототехникой с помощью нейроинтерфейса, для разработки нейротренажеров и нейроинтерфейсов, а также для создания нейротренажеров для повышения способностей мозга к концентрации, переключению внимания и т. д.

В отличие от применяемых в медицине инвазивных (вживляемых в мозг) датчиков, нейроинтерфейсы регистрируют электрическую активность мозга с поверхности головы и для успешной работы требуют точности алгоритмов обработки регистрируемой информации. Нейроинтерфейсы могут быть полезны в медицине для реабилитации и лечения пациентов с поражениями центральной нервной системы, для усиления интеллекта, повышение мозговой активности, улучшение обучаемости, сокращения времени реакции.

На производстве нейроинтерфейсы могут пригодится для дистанционного управления предметами, в качестве модулей систем безопасности и принятия решений, в системах видеонаблюдения и других модулях ИТ-инфраструктуры. Помимо этого, разработка также может найти применение в робототехнике, играх и устройствах виртуальной реальности.

Несколько фактов о разработчиках

Лаборатория «Промышленные системы потоковой обработки данных» Центра НТИ Санкт-Петербургского политехнического университета занимается наукоемкими исследованиями и коммерческими разработками в области алгоритмов и систем сбора и анализа данных с 2004 г. В лаборатории создаются аналитические информационные системы для цифровизации процессов в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве, медицине, сфере ИТ, ЖКХ и др.

Компания «Линукс формат» занимается продвижением свободного программного и аппаратного обеспечения (СПО) и НИОКР в этой сфере с 2005 г. До 2019 г. компания издавала журнал Linux Format, посвященный операционной системе GNU/Linux и свободному ПО. С 2015 г. компания занимается внедрением инженерных классов на базе СПО в российские школы.