Bezdotykowa klawiatura dla niepełnosprawnych

fot. Marcin Byczuk

Naukowcy z Politechniki Łódzkiej opracowują klawiaturę, której klawisze będą się uruchamiały pod wpływem wzroku. W przyszłości rozwiązanie to może pomóc osobom niepełnosprawnym w komunikacji z komputerem. Prace nad interfejsem mózg-komputer trwają w ramach projektu VEPCOM. Kierownik projektu VEPCOM (skrót od VEP-based COMmunication) dr Marcin Byczuk z Instytutu Elektroniki PŁ w rozmowie z PAP wyjaśnia, że w jego interfejsie każdy klawisz klawiatury będzie migotał z inną częstotliwością. Użytkownik, by wybrać klawisz, będzie musiał się w niego wpatrywać np. przez 1 sekundę.

"Mózg powtarza to, co widzi oko. Bodźce wzrokowe trafiają do kory mózgowej i tam można zaobserwować zmiany napięcia elektrycznego zależne od treści obrazu" - tłumaczy naukowiec. Dlatego elektroencefalograf (EEG - urządzenie do pomiaru czynności elektrycznych mózgu), umocowany na głowie użytkownika, powinien wykryć w korze wzrokowej zmieniające się potencjały elektryczne. W zależności od częstotliwości migotania światła będą to inne zmiany potencjałów. Można je będzie wzmocnić, przekształcić w sygnał zrozumiały dla komputera, który wykona odpowiednie polecenie.

Jedynie na podstawie badania EEG będzie więc można się dowiedzieć, na jaki klawisz patrzy badany, a komputer wykona wtedy polecenie, za które klawisz odpowiada.

Takie pomiary wykorzystują mechanizm SSVEP (Steady State Visually Evoked Potentials), czyli wzrokowe potencjały wywołane w stanie ustalonym. Zmianę potencjałów elektrycznych w korze wzrokowej może powodować pojawienie się jakiegoś bodźca, np. zmiana oświetlenia obiektu, na który patrzymy. Potencjały takie nie powstają np., kiedy rozbłyska obiekt, na który się nie patrzy ani nawet sygnały dźwiękowe, które zwracają uwagę.

Takie selektywne pojawianie się sygnałów EP umożliwia projektowanie urządzeń BCI charakteryzujących się dużą liczbą rozróżnialnych poleceń oraz dużą niezawodnością, ze względu na niewielką zależność sygnałów EP od stanu psychofizycznego człowieka.

Badacz wyjaśnia, że na świecie testowane były też inne sposoby komunikacji mózg-komputer wykorzystujące VEP, ale nie były one skuteczniejsze niż metoda, nad którą pracują badacze w projekcie VEPCOM.

Prace innych badaczy polegały np. na tym, że badanym pokazywano klawiaturę, na której klawisze rozbłyskiwały w losowo wybranym rzędzie lub kolumnie powodując powstawanie innego rodzaju potencjałów wywołanych, tzw. P300. W tej metodzie analizowany był czas pojawienia się P300, co umożliwiało uzyskanie większej liczby klawiszy, ale kosztem dłuższego czasu detekcji - rozpoznanie jednego klawisza mogło zajmować nawet kilkanaście sekund.

Dr Byczuk przyznaje, że opracowywany przez niego BCI nie jest bardzo wygodny - wpatrywanie się w migoczącą klawiaturę męczy wzrok, ale jest to całkiem skuteczna metoda komunikacji mózg-komputer.

Naukowiec wyjaśnia, że zmiany potencjałów elektrycznych w mózgu są bardzo niewielkie - zarejestrowanie sygnału VEP to zmiana napięcia rzędu kilkudziesięciu mikrowoltów (czyli milionowych części Volta), natomiast żeby rozpoznać nie tylko samo błyśnięcie, ale i jego częstotliwość, trzeba umieć rozpoznawać zmiany napięcia rzędu kilku mikrowoltów.

Różnice między sygnałami wywoływanymi w mózgu przez poszczególne klawisze powinny być możliwe do rozróżnienia. Dlatego na razie Polakom udało się skonstruować prototyp urządzenia, które umie rozróżniać 8 klawiszy, chociaż zastosowane w nim metody stymulacji, pomiaru i analizy EEG umożliwiają rozróżnianie nawet 16 komend.

Już teraz klawiaturę można połączyć z robotem i sterować nim. W przyszłości można tego sposobu użyć również do sterowania wózkiem inwalidzkim. Trwają prace nad tym, żeby zbudować klawiaturę z większą liczbą klawiszy, która umożliwiłaby np. pisanie.

Dr Byczuk wyjaśnia, że u większości ludzi najlepiej spisują się klawisze migoczące z częstotliwością 20-40 Hz. Ekran komputera odświeża się zbyt rzadko, żeby można było wykorzystać pełną gamę częstotliwości, dlatego na razie klawiatura musi być osobnym urządzeniem.

W czasie trwania projektu VEPCOM ustalone będą najdogodniejsze parametry świateł rozbłyskujących na klawiaturze - ich kształt, rozmiar, kolor, jasność oraz częstotliwość drgań. Projekt VEPCOM kończy się na jesieni 2012 r. Wtedy ma być wiadomo, jak urządzenie powinno być zaprojektowane, żeby miało szansę trafić na rynek i ile szacunkowo powinno kosztować. "Urządzenie z pewnością ma szansę trafić na rynek, ale jeszcze nie teraz" - zaznacza badacz.

Szczegóły dotyczące projektu można znaleźć na stronie: www.eletel.p.lodz.pl/vepcom

PAP - Nauka w Polsce