体外培养“大脑”可控制机器人，天津大学发布全球首个开源脑机接口系统

体外培养“大脑”可控制机器人，天津大学发布全球首个开源脑机接口系统

天津大学脑机交互与人机共融海河实验室近日发布了全球首个可开源的“片上脑—机接口”智能交互系统MetaBOC，实现了培养“大脑”对机器人避障、跟踪、抓握等任务的无人控制，展示了未来“读懂”大脑的可能性。此外，天津大学还在柔性电子材料领域取得突破，胡文平教授的“高迁移率有机半导体晶体材料与器件”项目荣获国家自然科学奖二等奖。这些科研成果不仅展现了天津大学在多个前沿领域的创新能力，也为未来的科技发展开辟了新的道路。

片上脑分为“片”（电极芯片）和“脑”（体外培养大脑）两个部分。片上脑是通过干细胞培养技术，在人体外创造一个“类脑组织”。它具备一些生物大脑的智能功能，再为其加装上电极芯片，使得科学家能对其进行调试或向外部发出信号，进而实现特定功能，如自主控制机器人避障、抓取物体等。

“片上脑-机接口，是利用体外培养‘大脑’（如脑类器官）与电极芯片耦合形成的片上脑，通过编解码及刺激-反馈实现其与外界信息交互的技术。”天津大学副校长、脑机交互与人机共融海河实验室执行主任明东说。

天津大学医学院教授、脑机交互与人机共融海河实验室片上脑-机接口团队负责人李晓红表示，此次研究主要有两个方面的突破：一是细胞培养从二维走向三维，为片上脑提供了更复杂的神经计算网络。二是人工智能算法的加入，实现了混合智能领域的尝试。

此外，团队证实了物理场促进人源性脑类器官生长发育的作用，厘清了低强度聚焦超声对大脑进行调控的原理机制，为片上脑智能交互系统MetaBOC提供了具有更好智能基础的培养“大脑”。

天津大学在脑机接口领域取得了一系列重要成果。该校神经工程团队研发了神经调控式机械外骨骼系统“神工-神甲”和可穿戴式脑控外肢体手指机器人系统“神工-灵犀指”，后者首次实现了脑控与外肢体机器人系统的可穿戴集成，可为肢体运动与感知功能的补充和增强提供新途径。

团队研发的混合驱动外骨骼+虚拟现实步行康复系统“神工-神行”，正在多家三甲医院开展百例级临床验证实验。在4月26日举行的2024中关村论坛年会“脑机接口创新发展与应用论坛”上，明东提到，用于检测大脑状态和功能的被动式脑机接口，将在高性能人机系统中得到广泛应用。

脑机接口技术在医疗康复领域展现出巨大的应用前景。它能够为神经系统疾病患者提供新的治疗途径，包括肢体运动障碍、意识与认知障碍、癫痫和精神性疾病的治疗和康复。

然而，脑机接口技术仍面临诸多挑战。大脑结构和功能的复杂性、电极材料和芯片运算能力的限制等，都需要进一步研究和突破。天津大学脑机交互与人机共融海河实验室副主任倪广健表示，实验室将继续高标准打造优质载体，依托滨海高新区与天开高教科创园，谋划布局天津市脑机未来产业先导区，促进更多科技成果从“实验室”走向“生产线”，为构建创新开放的生态圈积能蓄势。