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复旦学生造出意念手势协同控制无人机(图)

   2020-03-25 04:04:26 作者: 来源:大发5分PK10
操作者穿戴脑电耳机、臂环和虚拟现实眼镜
操作者穿戴脑电耳机、臂环和虚拟现实眼镜

  8月23日,首届中国研究生未来飞行器创新大赛在西北工业大学举行。复旦学生团队参赛作品“灵魂出窍:基于意念-手势协同控制与虚拟现实技术的微型飞行器设计”在66件入围作品中脱颖而出,荣获一等奖。

  日前,获奖团队成员傅军、常玉虎、崔雪扬、吴加正、朱家成和他们的指导老师复旦大学力学与工程科学系系主任艾剑良教授,一起讲述了这件未来感十足的作品背后的故事。

  “未来无人机绝不会是手持遥控”

  得知“中国研究生未来飞行器创新大赛”的消息时,力学系飞行器设计与工程专业研二学生傅军立即想到了当下大热的无人机。虽然当前无人机已经在航拍领域大显身手,但在傅军看来,无人机的领域不止于此,还可以做文章,于是他组织了团队。

  团队中,傅军是飞行器设计专业硕士研究生;崔雪扬和吴加正同为流体力学专业,一硕一博;朱家成在团队里年纪最小,却有着丰富的飞行器设计制作经验;计算机系的常玉虎大三就开始对飞行器感兴趣。

  组队后的第一次头脑风暴中,他们发现目前市面上大多数无人机仍是利用传统手持遥控器进行操作。他们相信,未来的无人机的操作绝对不是现在这个样子。那会是什么样子?

  常玉虎突然想到,为什么不能用脑电波来控制飞机?这个想法得到一致认可。最终,一个通过脑电波与手势协同控制、镜头跟随头部运动、并能虚拟还原空中视角的无人机系统的设想就此成型。

设计团队学生与指导老师在一起,左起:吴加正,朱家成,艾剑良教授,傅军,常玉虎,崔雪扬
设计团队学生与指导老师在一起,左起:吴加正,朱家成,艾剑良教授,傅军,常玉虎,崔雪扬

  用脑电波控制无人机升降

  “这套飞行装置使得我们只需要带上眼镜想一想或者手一挥,就能像鸟儿一样,用全新的角度去探索一些平常难以看到的地方,同时也可以给不方便活动的残障人士提供一种全新的方式来认识世界。”崔雪扬在项目报告书里描述的这套飞行装置,包括一个MindWave Mobile脑电耳机、一个Myo臂环、一副虚拟现实(VR)眼镜、一架六轴飞行器以及搭载的云台和同步摄像头。

  将同步摄像头安装在飞行器底部,拍摄飞行器视角下的三维立体影像,通过虚拟现实(VR)眼镜将三维影像实时投射到眼前,佩戴者即可体验全三维再现环境。

  同时,用户佩戴非侵入式脑电传感器和可以读取佩戴者前臂肌肉运动的腕带,通过集中精力来控制飞行器的上升,放松状态控制飞行器的下降,通过手势“左”使飞行器向左飞行,手势“右”使飞行器向右飞行,手势“五指伸开”使飞行器向前飞行,手势“握拳”使飞行器向后飞行。通过头部俯仰和左右转动控制摄像头的倾斜角度。

  如此,佩戴者仿佛能“灵魂出窍”——人虽站在地面眼睛却飞上了天空,通过自己的思维活动和手势指挥,“亲眼”看到了无人机在空中的广阔视野。

  看似科幻的背后却有着坚实的科学理论基础。“人的大脑是由数以万计的针尖大小的神经交错构成的。每当神经活动时都会产生轻微的放电,产生不同的脑波模式,例如沉睡中的人大脑中会产生 delta 波,而一个处于警觉和清醒状态的人集中思考一件事时,大脑会产生大量的 beta 波。我们的设计就是通过集中精力来控制飞行器上升,放松精神来控制飞行器下降。”傅军介绍。

  复旦教授:“脑电波还能深化”

  本次大赛一等奖共7支队伍,除了复旦团队,其余6支都来自工程类或航天类院校,复旦是唯一一所综合类大学。“相比专业性院校,我们的学生更爱动嘴,想法好,就是动手少。”谈及此次获奖的意义,艾剑良教授认为获奖对于增强学生自信、增强学校的动手氛围都有所帮助。

  “脑电波这块还可以深化!”谈起对未来的展望,艾剑良表示研究并未到此结束,在无人机的旋翼起降、固定翼平飞、抛飞稳定,甚至人工智能方向上的研究仍然大有可为。

  傅军也表示他们会继续深入开展无人机的研究,争取做到产学研结合。

(责任编辑:UN654)

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