以生理訊號為基礎之人機介面設計與應用人類操控機器的新模式---總計畫---以生理訊號為基礎之人機介面設計與應用人類操控機器的新模式(I)

Abstract

自1929 年Hans Berger 發表有關腦波論文以來，尋求以非一般的神經與肌肉系統管道，來研發新 的通訊與控制模式的努力乃持續不斷，而在醫學、生物科技、電機、資訊等領域高度發展的今天，實 際建立以生理訊號為基礎的操控系統，已經不再是遙不可及的夢想；此新興跨領域的研究在國際間已 是方興未艾，而在台灣仍在起步階段，此三年期（第一年計畫執行中）整合計劃即是結合生物科技與 電機資訊的一項努力，我們將發展基於生理訊號的人機介面，並將其實際應用到電腦、動感平台、與 機器手臂等的操控上，而目前大多數此方面的成果仍在實驗室階段，我們的目標是達到日常生活與工 業應用的可行性。 在此人機介面的研發中，首先我們需要有生理訊號的量測系統，在取得可靠、穩定的訊號之後， 將進行訊號分析與解讀，萃取其特徵，再根據控制的對象，將其轉換成適當的控制指令，基於上述的 各項工作，我們以六個子計劃來進行，子計劃一將以虛擬實際動感平台為基礎，開發人機介面的心理 工作負荷偵測技術，建立工作環境、腦波、與人體各部分反應的三方對應關係；子計劃二將發展基於 生理訊號與表情辨識為主的身心舒適與健康狀態之判斷與預測技術，並將應用於醫療監控系統；子計 劃三將建立腦部活動之電生理訊號源模型，以及其估算與分析技術，以計算與控制意念或特定事件相 關之腦部神經元活動時序訊號；子計劃四將以非侵入的方式，設計可攜式的心血管訊號測量裝置，來 探討中樞與自律神經系統於人機介面發展的關聯；子計劃五乃針對人手運動時，來自上層的腦波，以 及反映在肌肉上的肌電波之間的關係進行分析，建立因應模式，並據以發展人手與機器手臂控制系 統；子計劃六在於結合光學微機電技術，設計製作具有波長可調變之微機電多波段生理訊號量測系 統，以期獲取較傳統固定波長之光學量測系統更多之生理訊息。 整合計劃將結合六個子計劃所發展的系統完成一多功能基於生理訊號之人機介面，並實地進行電 腦、動感平台與機器手臂等操控實驗，而為了有一致的標準，將共同建立成效評量方式與準則，其中 將同時考量到工程與生物的觀點，並與國際研究社群接軌；此計劃預期將是生物與工程領域的成功整 合，也提供了彼此合作、互相學習的平台，進而得以擴展各自的能力與應用的範圍。