构建一个实时脑机接口，利用身体信号实时控制无人机
如果你能仅凭大脑、肌肉运动和眨眼来操控无人机，那会怎样?在这个项目中，我们将构建一个实时脑机接口(BCI)，通过EEG(脑活动)、EMG(肌肉活动)和EOG(眼动)信号来控制一架DJI Tello无人机。
通过使用Neuro PlayGround Lite(NPG Lite)，采集生物电信号，进行处理并转换为无线指令，然后通过Wi-Fi直接发送至无人机。
该项目展示了如何将神经科学、嵌入式系统、机器人技术和无线通信相结合，以创建一个强大的人机交互界面(HCI)。
注：本项目由阿曼·马赫什瓦里制作
免责声明：本项目仅用于教育、研究和DIY神经科学目的，不构成医疗器械。
步骤1：材料
硬件
•Neuro PlayGround Lite(NPG Lite)
•大疆Tello无人机
•快拆线缆
•凝胶电极
•USB-C 数据线
•移动PC
•Nuprep 皮肤护理凝胶
•酒精湿巾
软件
•NPG Lite Flasher 网站
•NPG-TELLO-无人机固件
步骤1：皮肤准备
在放置电极之前，请彻底清洁皮肤。
身体发出的信号非常微弱，因此灰尘、油脂、汗水和死皮都可能使信号变得杂乱。
做什么：
•在电极放置的位置涂抹少量Nuprep凝胶。
•轻轻将凝胶在皮肤上按摩几秒钟。
•用酒精湿巾清洁同一区域。
行动前请检查
•皮肤应感觉干净且干燥。
•电极应能牢固粘贴。
•电极不应轻易移动或脱落。
步骤2：电极放置
•现在是连接电极的时候了。
•将每个电极放置在下表所示的正确位置。脑电图电极用于测量大脑活动，肌电图电极用于检测手臂的肌肉运动，而REF电极则提供稳定的参考信号。
•花几分钟时间仔细调整电极的位置。正确的放置对于获得干净且可靠的信号非常重要。
小贴士：在连接电极前，用酒精棉片清洁皮肤。这有助于提高信号质量，并确保电极固定牢固。
步骤3：安装固件
NPG Lite 需要特殊的固件才能与无人机通信。
使用USB-C数据线将NPG Lite连接到您的笔记本电脑。
打开 NPG Lite Web Flasher。
闪烁的台阶
•点击从 GitHub 获取。
•下载 NPG-TELLO-无人机。
•选择已下载的固件。
•点击连接设备。
•选择您的 NPG Lite。
•点击 Flash 固件。
请等待进程完成。
NPG Lite 将自动重启。
启动NPG Lite进入配置模式。
步骤4：配置您的控制设备
进入配置模式
•按住 BOOT 按钮
•开启 NPG Lite
•等待RGB LED变为紫色
•释放按钮
现在将您的笔记本电脑连接到：
步骤5：配置控制按钮
•打开配置仪表板。
•观看所有通道的实时信号值。
•放松并注意正常的(静息)信号电平。
•一次只做一项动作(专注、眨眼、紧咬牙关或肌肉收缩)。
•将阈值设置为略高于静息值。
•测试操作，以确保其被正确检测。
•对每个控制点重复此过程。
•微调阈值，直到每项操作都能可靠运行。
控制映射
•专注(脑电图)→ 起飞
•三重闪烁(EOG)→ 反转
•颚部紧绷(肌电图)→ 更改控制模式
•左臂屈曲(肌电图)→ 上举/旋转
•右臂屈曲(肌电图)→ 向下移动 / 向前移动
步骤6：设置阈值
对于每个控件：
•保持放松，观察静止的数值。
•执行该操作。
•观察信号增强。
•将阈值设置为略高于静息值。
重复操作，直到每一步动作都能可靠触发。
步骤7：连接无人机
开启您的 DJI Tello 无人机。
NPG Lite 将自动：
•搜索附近的WiFi网络
•检测 TELLO 网络
•自动连接
•进入飞行模式
无需手动设置WiFi。
步骤8：让我们测试控制功能!
•起飞时，将注意力集中在一个特定点上，例如墙上的物体或屏幕上的某个位置。系统会持续通过脑电波信号测量你的专注程度。一旦你的专注水平超过预设阈值，无人机便会自动起飞并悬停在空中。
•移动无人机
现在让我们通过肌肉信号(EMG)来控制无人机。
1. 弯曲左臂
收缩左臂的肌肉，EMG传感器会检测到这一肌肉活动，并向无人机发送指令，使其向上移动。
2. 弯曲右臂
收缩右臂的肌肉，检测到的肌肉信号会被转换为指令，使无人机向下移动。
切换控制模式：紧闭下颌片刻。EMG传感器会检测到下颌肌肉的活动，并将其作为模式切换指令，从而改变手臂动作如何控制无人机。
•旋转模式
切换模式后，相同的臂部动作会执行不同的操作：
左臂弯曲 → 使无人机向左旋转。
右臂弯曲 → 使无人机向前移动。
这样，您就可以通过相同的肌肉信号控制多架无人机的运动。
快速连续眨眼三次。EOG传感器能识别这种独特的眨眼模式，并触发翻转指令，使无人机完成空中翻转动作。
•紧急着陆
安全永远第一。如需立即停止飞行，请按下紧急按钮。无论无人机当前处于何种模式或正在执行操作，它都会立即降落。
本文编译自hackster.io
下载文档
