近日，在奧地利林茨舉(ju) 行的Ars Electronica藝術節上，一件吸引眼球的禮服亮相，這件禮服既包含了藝術特征，也囊括了尖端科技。該禮服展示了一個(ge) 超低能量、高分辨率的腦-機接口，非常靈敏，如果穿著者考慮移動一根手指，它就可以識別出是哪根手指 -- 且不需要植入。

這條裙子是約翰尼斯開普勒大學（JKU）的研究人員、醫學工程公司G.tec的開發人員和時尚技術設計師Anouk Wipprecht合作的結果。該款裙子被稱為(wei) Pangolin dress，它有1024個(ge) 頭戴式電極，分為(wei) 64組，每組16個(ge) 。這些裝置可以用來檢測來自大腦的電子信號。來自這些傳(chuan) 感器的數據被組合、分析，並轉換成32個(ge) Neopixel LED和32個(ge) 伺服驅動秤顯示的顏色，從(cong) 而創建了神經活動的全身可視化。

據悉，最大的技術進步是最新的定製芯片連接到每個(ge) 電極。這種單通道芯片的邊長為(wei) 1.6毫米，集成了一個(ge) 放大器、一個(ge) 模數轉換器（ADC）和一個(ge) 數字信號處理器，它的功耗小於(yu) 5微瓦。因為(wei) 它耗電很少，所以芯片可以由附近的基站以非接觸式射頻識別（RFID）芯片的方式供電，並以無線方式返回數據（盡管對於(yu) Pangolin dress來說，有線數據連接被用來讓創造者專(zhuan) 注於(yu) 開發和調試其他係統元素，而COVID-19限製了訪問）。通過無線方式給芯片供電和與(yu) 芯片進行通信，將不再需要將穿著者綁在有線係統中的測試係統上，甚至可以消除傳(chuan) 統無線BCI係統中電池的體(ti) 積和重量。JKU集成電路研究所教授Harald Pretl說，最大的挑戰是“傳(chuan) 感器電子設備的功率預算”：“我們(men) 必須設計出一種專(zhuan) 用於(yu) 此的放大器設計，一種專(zhuan) 用於(yu) 此的ADC，以及基於(yu) 超寬帶的我們(men) 自己的傳(chuan) 輸協議。”另一個(ge) 挑戰是如何處理“頭部周圍的褪色和陰影效應，”Pretl補充道。

研究人員表示：“我們(men) 嚐試不使用昂貴的技術，正在使用的是180納米（製造）技術，但我們(men) 能夠通過使用一些先進的電路設計技巧來獲得更高的性能。”JKU的Thomas Fasseth解釋道，他是Pangolin dress項目的負責人。

對於(yu) Pangolin dress，每一組電極和芯片都安裝在一塊六邊形的tile上，在這個(ge) 例子中，佩戴者的頭部是奧地利的Megi Gin的頭部（下圖），她成為(wei) 測試參與(yu) 者的程度與(yu) 模特一樣多，每一塊都有一個(ge) 定製的芯片和天線。

下一步的開發是由奧地利商業(ye) BCI開發商和製造商G.tec提供的。G.tec利用其分析神經信號的經驗，整合和解釋來自tile的數據。例如，當你決(jue) 定主動移動一塊肌肉時，它會(hui) 在你的運動皮層產(chan) 生一個(ge) 可以被檢測和識別的局部活動模式，“通過1024個(ge) 獨立通道，你可以獲得單指分辨率。G.tec聯合創始人Christoph Guger說：“這是表麵電極無法做到的，需要植入物。Guger說，通常情況下，表麵電極係統有64個(ge) 通道，這僅(jin) 足以區分運動是針對右臂還是針對左臂。”

由於(yu) 大腦各不相同，識別這些細微的細節需要根據佩戴者的個(ge) 體(ti) 對係統進行校準，使用機器學習(xi) 來識別與(yu) 不同運動相關(guan) 的模式。然而，這個(ge) 係統實際上並不需要你能夠移動任何給定的肌肉事實上，當參與(yu) 者隻是想象一個(ge) 動作時，它更容易學習(xi) ，因為(wei) 想象一個(ge) 動作通常比執行它需要更長的時間，產(chan) 生更持久的信號。這意味著四肢癱瘓或缺失的患者可以利用這項技術，而Guger甚至推測可能存在BCI控製的外骨骼。

Pangolin dress決(jue) 定了穿著者是否處於(yu) 一係列心理狀態之一，包括壓力、中立和冥想，並通過運動和光來表達這一點。這件禮服是由設計師Wipprecht設計的，她之前曾為(wei) IEEE Spectrum寫(xie) 過她與(yu) G.tec合作設計獨角獸(shou) 耳機的故事（原文：https://spectrum.ieee.org/geek-life/hands-on/i-built-a-brain-computer-interface-for-tackling-adhd-in-children），旨在幫助治療師為(wei) ADHD兒(er) 童調整程序。

Photo: Yanni de MeloThe full length dress—this photo was taken in Florida, so it does not include the full set of head-mounted sensors

禮服結合了剛性和織物元素，剛性元素采用選擇性激光燒結技術在9個(ge) 互鎖部分進行3D打印。Wipprecht說，傳(chuan) 感器的模塊化特性激發了人們(men) 從(cong) 靈活的pangolin有光澤的角蛋白鱗片中獲取靈感的想法。對於(yu) Wiprecht來說，部分挑戰在於(yu) 大腦信號的變化速度遠快於(yu) 伺服機構改變角度的速度，因此她決(jue) 定將重點放在反映變化頻率上：即當低頻腦電波占主導地位時，伺服裝置和燈光的移動和脈搏緩慢。

據悉，Wiprecht如此表示：

“since we have a lot of data points through all the 1,024 channels in the dress, my interactions can become even more spot-on … A hectic state is reflected in quick jittery movements and white lights, a neutral state is reflected in neutral movements and blue lights, and a meditative state is where the dress will turn purple with smooth, flowing movements” （忙碌的狀態反映在快速的緊張的動作和白色的燈光，中立的狀態反映在中立的運動和藍光，而冥想狀態是指衣服隨著流暢的動作而變成紫色）

Pangolin的合作始於(yu) 去年年底，盡管Covid-19限製條件複雜，但其仍在繼續。雖然JKU和G.tec的團隊位於(yu) 奧地利，但Wiprecht位於(yu) 受災嚴(yan) 重的佛羅裏達州。對於(yu) 奧地利團隊來說，這意味著他們(men) 的實驗室受到嚴(yan) 格的限製，但是他們(men) 能夠在Wiprecht設計服裝時向她發送四個(ge) 傳(chuan) 感器模塊。這件完成的禮服上個(ge) 月才抵達奧地利進行最後測試。

Pangolin小組希望能創造出另一種新的裙子，這次是在完全無線模式下使用傳(chuan) 感器。關(guan) 於(yu) 傳(chuan) 感器技術商業(ye) 化的討論仍在進行中，但Guger預計，在大約兩(liang) 年內(nei) ，它可能成為(wei) 其他研究人員現成的選擇。