BCI (Brain Computer Interface): tương lai điều khiển máy móc bằng ý nghĩ

Giao diện máy tính – não (BCI - Brain Computer Interface) là giao thức tương tác trực tiếp giữa các tín hiệu não với một thiết bị bên ngoài. Hệ thống BCI đã và đang tiếp tục được cải tiến, giúp con người sử dụng sóng não để tạo ra sự di chuyển cơ học. Trong tương lai, BCI có thể giúp chúng ta thay đổi cách thức sử dụng các thiết bị hàng ngày.

Bạn hãy tưởng tượng rằng mình đang đặt hàng trực tuyến mà không cần dùng chuột, bàn phím mà chỉ cần suy nghĩ của chính mình. Bạn không cần tới bất kỳ thao tác nào như nhấn nút, gõ bàn phím, hay chạm vào màn hình. Kịch bản như phim khoa học viễn tưởng này có thể sớm trở thành thực tế.

Khởi nguồn từ những nghiên cứu hỗ trợ người bị liệt, BCI là tia hy vọng giúp những người tàn tật tự chủ hơn trong cuộc sống của mình. Bill Kochevar đã gặp một tai nạn xe đạp gần 10 năm trước, khiến anh bị liệt từ phần vai trở xuống. Tuy nhiên vào năm ngoái, nhờ BCI mà anh đã di chuyển được cánh tay và bàn tay của mình lần đầu tiên trong vòng 8 năm.

Các cảm biến được cấy vào não của Kochevar, phải mất bốn tháng để anh huấn luyện hệ thống này bằng cách suy nghĩ về các cử động cụ thể, chẳng hạn như xoay cổ tay hoặc nắm bắt một vật gì đó. Các cảm biến trong não đã ghi nhận và “học lại” phần của não đã kích hoạt khi nghĩ về một chuyển động cụ thể. Sau đó, 36 điện cực khác được cấy vào cánh tay Kochevar. Bằng cách nghĩ về điều muốn làm, tín hiệu từ cảm biến trong não Kochevar sẽ chuyển tới cảm biến ở tay, giúp anh có thể thực hiện các cử động đơn giản.

BCI hỗ trợ Kochevar cử động cánh tay. (Nguồn ảnh: The Guardian).

Các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách tạo ra xe lăn có thể được điều khiển bằng suy nghĩ thông qua các cảm biến. Thiết bị như vậy cũng sẽ cho phép những người bị liệt toàn thân trả lời câu hỏi đơn giản như “có hay không” thông qua ý nghĩ.

Tại Việt Nam, đã có những nghiên cứu bước đầu về BCI. “Hệ thống số hoá tư duy con người” của nhóm tác giả MIMAS đã giành giải nhất Nhân tài Đất Việt 2010 là một ví dụ. Hệ thống này giúp người bệnh có thể dùng suy nghĩ để liên lạc, vận hành thiết bị theo ý muốn. Mặc dù còn nhiều hạn chế so với các nghiên cứu tương tự trên thế giới, tuy nhiên đây là tiền đề để Việt Nam phát triển các công cụ hỗ trợ người khuyết tật.

Không chỉ được ứng dụng trong y tế

Kỹ sư Đặng Toàn Khoa (Đại học Khoa học Tự nhiên TP. HCM) cho biết: “Các lĩnh vực chính của hệ thống BCI thường được chia ra thành 4 loại: ứng dụng kỹ thuật sinh học: những thiết bị điều khiển hoạt động của con người, đem lại niềm hy vọng cho những bệnh nhân bại liệt; quan sát hành vi vô thức con người: lĩnh vực này chủ yếu nghiên cứu hoạt động sâu của não, thường nghiên cứu khi người đã ngủ sâu, để tìm ra được những hoạt động vốn có của não chi phối cơ thể, hoặc nghiên cứu về những trạng thái tâm thần học; ứng dụng thần kinh học: sử dụng phương pháp thời gian thực cho phép quan sát tín hiệu thần kinh được ghi lại với hành động tương ứng; ứng dụng tương tác người và máy: cung cấp phương thức tương tác giữa người và máy hoặc máy tính.”

Thực tế, nhiều công ty công nghệ ở các lĩnh vực khác nhau đang phát triển các thiết bị có thể điều khiển bằng ý nghĩ. Gần đây, nhà sản xuất ô tô Nissan đã giới thiệu loại tai nghe "brain-to-vehicle" có thể xác định điều lái xe muốn làm, trước cả khi họ làm điều đó. Mục đích của thiết bị này là giúp chiếc xe phản ứng nhanh hơn gấp đôi so với thời gian phản ứng tự nhiên của lái xe. Nissan cho biết trên đoạn đường núi quanh co, công nghệ mới sẽ giúp đi xe an toàn và dễ dàng hơn.

Thiết bị của Nissan có thể dự đoán hành động của người lái. (Nguồn ảnh: Nissan).

Trong khi đó, công ty thực tế ảo Neurable đang phát triển một trò chơi mà người chơi có thể tham gia và kiểm soát bằng ý nghĩ. Người chơi sẽ đeo thiết bị VR được gắn cảm biến và chỉ cần tập trung suy nghĩ của họ vào một đối tượng để điều khiển nó, không có bộ điều khiển bằng tay nào cả. Một công ty khác, EmojiMe thiết kế headphone có khả năng đọc sóng não, từ đó biểu thị trạng thái cảm xúc của người sử dụng dưới dạng các emoji.

BCI hoạt động như thế nào?

Nếu những gì BCI có thể làm được giống như một phép màu thì đây là cách phép màu được tạo ra. BCI đánh giá hoạt động của não thông qua một điện não đồ (EEG) gần tinh vi như loại được dùng trong các bệnh viện. Thiết bị này thu nhận những tín hiệu điện cực nhỏ được tạo ra khi các nơ-ron trong não liên lạc với nhau. Những tín hiệu này bao gồm các sóng alpha, beta, delta, theta và gamma, cũng như các loại tín hiệu khác được kích hoạt bởi tín hiệu thị giác. Một số tín hiệu có thể thường đi cùng với những suy nghĩ đặc biệt, cho phép hệ thống tiên đoán về mong muốn của người dùng.

Trong trường hợp tai nghe của Nissan, nó theo dõi các tín hiệu hoạt động não liên quan đến chuyển động. Dữ liệu này sau đó được so sánh với thông tin do chính chiếc xe thu thập được. Ví dụ, khi có một đoạn rẽ ở cách vị trí xe 200 m, AI kết hợp dữ liệu sóng não và dữ liệu cảm biến kết hợp với bản đồ để tìm hiểu xem phải làm gì, chẳng hạn: “Lái xe đang nghĩ về việc rẽ, nhưng với tốc độ này anh ta sẽ bị chậm, vì vậy hãy cho xe rẽ ngay bây giờ.”

Neurable, nhà phát triển trò chơi đầu tiên trên thế giới có thể kiểm soát bằng ý nghĩ, tuyên bố rằng họ có hệ thống BCI không xâm lấn nhanh nhất và chính xác nhất để xác định những gì người dùng muốn làm, nhờ hệ thống học máy (machine learning). Công ty đã đưa hệ thống của mình vào game VR có tên Awakening, được phát triển cùng với eStudiofuture.

Hình ảnh từ VR game của Neurable, trong đó game thủ di chuyển đồ vật bằng ý nghĩ. (Nguồn ảnh: Neurable).

BCI trong tương lai

Neurable đã phát hành bộ kit cho phép các nhà phát triển sử dụng công nghệ của mình. Họ cho biết muốn biến cảm biến não bộ trở thành tiêu chuẩn mới của thiết bị VR trong tương lai.

Trong khi đó, Facebook và các công ty khác đang nghiên cứu để phát triển công nghệ cho phép người dùng gõ từ chỉ bằng cách nghĩ đến chúng.

Một “ông lớn” công nghệ khác là Microsoft gần đây đã đệ trình bằng sáng chế cho một hệ thống học máy, sử dụng sóng điện não đồ để khởi động và điều khiển các ứng dụng trên máy tính.

Chúng ta có thể điều khiển máy tính bằng ý nghĩ trong tương lai.

Trong năm 2017 vừa qua, Cơ quan Các dự án nghiên cứu tiên tiến quốc phòng Mỹ (DARPA) đã trao hợp đồng cho 6 nhóm nghiên cứu về lĩnh vực giao diện máy tính – não (BCI). Từ năm 2016, DARPA đã thông báo rằng sẽ phát triển hệ thống giao diện thần kinh giúp cải thiện khả năng giao tiếp giữa não bộ và thế giới kỹ thuật số. Ý tưởng ở đây là chuyển đổi các tín hiệu điện trong não trở thành mã nhị phân sử dụng trong máy tính.

Với sự quan tâm nghiên cứu và phát triển từ cả các cơ quan nghiên cứu cũng như tập đoàn công nghệ, chúng ta hãy chờ đợi những bước tiến mới của BCI trong tương lai.