这项工作展示了基于亚纳米厚外延石墨烯的三维微图案传感器，用于检测来自头皮枕部的脑电图信号。枕骨区与大脑的视觉皮层相对应，是实现基于常见稳态视觉诱发电位范式的 BMIs 的关键。图案化的外延石墨烯传感器显示出低阻抗的高效皮肤接触，并且可以实现与湿式传感器相当的信噪比。使用这些传感器，作者还展示了通过大脑活动与四足机器人的免提通信。
澳大利亚陆军最近展示了这项技术，士兵们使用脑机接口操作幽灵机器人四足机器人。来源：澳大利亚陆军。
悉尼科技大学（UTS）的研究人员开发了一种生物传感器技术，该技术可以仅通过思想控制来操作机器人和机器等设备。
脑机接口 （BMIs） 是一种无需手动和语音命令的通信系统，允许个人通过脑电波操作外部设备。BMIs在机器人、仿生假肢、神经游戏、电子和自动驾驶汽车方面具有巨大的应用潜力。
此类系统通常由三个模块组成——外部感官刺激、传感接口和处理神经信号的单元。其中，传感接口通过检测大脑最外层大脑皮层产生的电活动发挥着至关重要的作用，大脑皮层负责更高层次的过程，包括运动功能。
皮层电活动通过植入或可穿戴的神经传感器(如脑电图(EEG)电极)对人类意图(脑电波)进行编码。因此，准确可靠的干式脑电图传感器的可用性对于实现BMIs 的大规模部署至关重要。然而，与黄金标准的湿式传感器相比，干式传感器总是表现出较差的性能。当监测来自头皮多毛发和弯曲区域的信号时，干式传感器的性能损失更加明显，需要使用笨重且不舒服的针状传感器。
UTS研究人员通过使用尖端石墨烯材料与硅结合开发干式生物传感器来解决这些问题。这种材料还帮助研究人员克服了腐蚀、耐久性和皮肤接触电阻等问题。
新的生物传感器技术将允许你仅通过思想控制来操作设备，如机器人和机器。资料来源:ACS Applied Nano Materials，2023;DOI: 10.1021 / acsanm.2c05546
UTS开发的石墨烯传感器具有很强的导电性，易于使用且坚固耐用。六边形图案的传感器位于头皮后部，以检测来自视觉皮层的脑电波。传感器对恶劣条件具有弹性，因此可以在极端操作环境中使用。
微图案石墨烯传感器的制造过程示意图
用户戴上一个头戴式增强现实镜头，可以显示闪烁的白色方块。通过将注意力集中在一个特定的方块上，操作者的脑电波就会被生物传感器捕捉到，然后解码器将信号翻译成命令。
“我们的技术可以在两秒钟内发出至少九个命令。这意味着我们有九种不同类型的命令，操作员可以在这段时间内从这九种命令中选择一种，“ Chin-Teng Lin 教授说。
澳大利亚陆军士兵使用脑机接口操作幽灵机器人四足机器人。该设备允许对机器狗进行免提命令，准确率高达94%。
“我们还探索了如何最大限度地减少来自身体和环境的噪音，以便从操作员的大脑中获得更清晰的信号，” Lin 说。然而，这并不是研究人员设计的最终迭代。需要进一步的研究和测试来实现总可用石墨烯面积、适应头发存在的能力和保持传感器与头皮接触的能力之间的平衡。
除了国防应用外，该技术在先进制造、航空航天和医疗保健等领域也具有巨大的潜力，例如，允许残疾人控制轮椅或操作义肢。
文献信息：
Shaikh Nayeem Faisal, Tien-Thong Nguyen Do, Tasauf Torzo, Daniel Leong, Aiswarya Pradeepkumar, Chin-Teng Lin, and Francesca Iacopi. Noninvasive Sensors for Brain–Machine Interfaces Based on Micropatterned Epitaxial Graphene. ACS Applied Nano Materials, 2023;
DOI: 10.1021/acsanm.2c05546
来源：悉尼科技大学，ACS Applied Nano Materials
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