通过非侵入性脑机超表面平台实现人脑直接无线通信

最近，包含有源组件的编码超表面已经实现了对 EM 功能的实时和可编程控制，这在传统的无源对应物中曾经是静态的或非常有限的。然而，这些类型的超表面仍然需要手动操作。为了直接检查和区分人类的意志，提出了脑机接口(BCI)来建立大脑和设备之间的通信，为可编程超表面提供新的控制视角。通过收集大脑信号，BCI 可以解码操作员的意图并向受控对象发送命令，而不需要操作员的肌肉活动。

在eLight上发表的一篇新论文中，由东南大学毫米波国家重点实验室崔铁军教授领导的科学家团队及其同事开发了一种电磁脑-计算机-超表面 ( EBCM )，可以灵活地以及非侵入式控制信息合成和无线传输。

所提出的EBCM不仅可以将操作员的大脑信息转化为EEG信号，并进一步转化为各种EM命令，还可以在两个操作员之间进行无线“心灵交流”。如图 1 所示，在操作员面前放置了一个显示器，用于显示相关的命令。EBCM 只需盯着所需的命令，就可以了解操作员的意图，并实现包括视觉光束扫描、波调制和模式编码在内的电磁功能。

研究人员设计并实验演示了基于EBCM的无线文本通信，如图2所示。为BCI操作员提供了一个文本GUI，其中可视按钮直接编码为由“0”和“0”组成的特定编码序列。 “1。” 实验中使用高增益的单束模式和低增益的随机散射模式来区分超表面反射的幅度，分别对应代码“1”(高幅度)和“0”(低幅度)，分别用于无线信息传输。

作为原型的演示，研究人员演示了在 EBCM 通信系统中从一个操作员到另一个操作员的无线传输文本。操作员 A 作为文本发送者，通过视觉查看 EBCM GUI 上的字符按钮来发送信件。当目标字母从 EEG 信号中解码出来时，在 FPGA 上实现基于 ASCII 的编码序列来切换时变模式，操纵超表面将信息发送到空间，由另一个运营商的 EBCM 接收、解调和呈现.

“熟练的 BCI 操作员使用基于 P300 的 BCI，每个字符的平均输入时间约为 5 秒。通过应用一些快速拼写范式，可以提高文本输入速度。另外值得一提的是，P300-基于 BCI 的 BCI 在各种非侵入性 BCI 中具有很高的准确性和稳健性，”他们补充说。

“所呈现的工作结合了EM波空间和BCI，可能会进一步开辟探索超表面、人脑智能和人工智能深度融合的新方向，从而构建新一代的生物智能超表面系统。 " 科学家预测。

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