用人類大腦的意念控制物質似乎是一種“超能力”，從科幻小說，科幻電影裏都能看見人們對于這種超能力的期待。近日，科學家將這種超能力通過技術轉變爲現實。
近日，“中國科學家實現遠程精神控制物質”的話題登上了微博熱搜，該話題一經發布馬上引起了人們的廣泛關注，截至目前，該話題已産生 2200 萬次以上的閱讀量。那麽，這究竟是怎樣的技術呢？
▲圖丨eLight 第 2 卷第 24 期封面（來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所）
據悉，東南大學聯合華南理工大學、新加坡國立大學團隊共同構建了“電磁腦機超表面（brain-computer-metasurface，EBCM）”，該系統可識別使用者的大腦信息，然後將其改變成電信號，最終成爲電磁通信。不僅如此，該系統還能實現無創、無限的信息傳輸及交流，其形式包括腦-無線通信、模式編碼、波束掃描和多功能電磁調制。
對于該技術，研究人員在論文中預測道：“所呈現的工作結合了可重編程電磁（ electromagnetic，EM）波空間和腦機接口（Brain Computer Interface，BCI），可能會進一步開辟探索超表面、人腦智能和人工智能深度融合的新方向，從而構建新一代的生物智能超表面系統。”
相關論文題目爲《通過非侵入性腦機超表面平台實現人腦直接無線通信》（Directly wireless communication of human minds via non-invasive brain-computer-metasurface platform），並作爲當期封面論文于 6 月 11 日發表在 eLight 上[1]。
論文共同通訊作者爲東南大學毫米波國家重點實驗室崔鐵軍教授、華南理工大學自動化科學與工程學院李遠清教授以及新加坡國立大學電氣和計算機工程系仇成偉教授。共同第一作者爲東南大學馬骞博士和華南理工大學高炜博士。
▲圖丨相關論文（來源：eLight）
該團隊構建的是一種全新的 EM 超表面與 BCI 融合的方式。首先，研究人員提出通過 EBCM 將人類大腦信號以靈活、無創的方式進行無線輸送。然後，他們在大腦控制下使用可編程超表面設計演示了兩個 BCI 操作員之間的無線文本通信。
如果處在一定時間序列的視覺刺激條件，則能在大腦信號力檢測到 P300 電位。該團隊使用 P300 的 BCI 將操作員的大腦信息轉換爲腦電圖（electro-encephalography，EEG）信號，並進一步轉換爲計算機命令，這些命令被輸入可編程超表面的電氣控制系統。之後，數字信息由兩個可編程超表面無線傳輸和接收，通過這樣的方式實現了遠程的無限文本通信。
▲圖丨EBCM 的系統架構（來源：eLight）
研究人員對媒體表示：“由熟練的 BCI 操作員使用基于 P300 的 BCI，每個字符的平均輸入時間約爲 5 秒。通過應用一些快速拼寫範例可以提高文本輸入速度。還值得一提的是，基于 P300 的 BCI 在各種非侵入性 BCI 中具有很高的准確性和穩健性。”
通過上文中的視頻，我們可以看到，操作員通過控制顯示器中的文本圖形用戶界面來做出字母選擇，不同的按鈕對應 EBCM 的不同編碼模式操作。
操作員嘗試每次對應一個命令發送，按鈕開始以隨機順序依次閃爍約 5 輪，每輪包含每個按鈕一次閃爍，在每次試驗之前隨機生成閃光序列。在視頻案例中，展示了五個字母“HELLO”的傳輸，最終的信息顯示在收件人的屏幕上。
▲圖丨文本通信系統的系統架構以及編碼和解碼過程（來源：eLight）
發射和接收超表面兩者的距離大概在 1.3m左右，它的發射超表面在 0.3m 的寬帶天線帶動，接收器是集成在接收超表面附近的天線，連接到低噪放和高速檢測器以及高速模數轉換器，由另一個現場可編程邏輯門陣列控制。
相關實驗表明，操作員在不再涉及肌肉的動作的情況下，僅通過意念，也就是盯著特定的視覺按鈕進行系列的順序刺激，EBCM 便能進行識別，並將其轉化爲相應的 EM 信號從而實現信號通訊。
▲圖丨eLight 第 2 卷第 25 期封面（來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所）
同樣在 6 月 11 日，eLight 還發布了一篇來自空軍工程大學與新加坡國立大學團隊的題爲《通過腦電波遠程控制超表面》（Remotely Mind-controlled Metasurface via Brainwaves）的論文[2]。
該團隊展示了一種簡易架構，通過從腦電波提煉模塊，以這樣的方式達到遠程控制超表面的概念。這項研究爲智能超表面的應用拓展了思路，該技術或將應用于健康監測、5G/6G 通信、智能傳感器等領域。
參考資料：
https://www.eurekalert.org/news-releases/955604
1.Ma, Q., Gao, W., Xiao, Q. et al. Directly wireless communication of human minds via non-invasive brain-computer-metasurface platform. eLight 2, 11 (2022). https://doi.org/10.1186/s43593-022-00019-x
2.Zhu, R., Wang, J., Qiu, T. et al. Remotely mind-controlled metasurface via brainwaves. eLight 2, 10 (2022).
https://doi.org/10.1186/s43593-022-00016-0
