科学家构建电磁脑机超表面，成为全新通信范式

EBCM的系统架构。文本通信系统的系统架构以及编码和解码过程。

　　用人类大脑的意念控制物质似乎是一种“超能力”，从科幻小说，科幻电影里都能看见人们对于这种超能力的期待。近日，科学家将这种超能力通过技术转变为现实。
　　近日，“中国科学家实现远程精神控制物质”的话题登上了微博热搜，该话题一经发布马上引起了人们的广泛关注，截至目前，该话题已产生2200万次以上的阅读量。那么，这究竟是怎样的技术呢？
　　据悉，东南大学联合华南理工大学、新加坡国立大学团队共同构建了“电磁脑机超表面（brain-computer-metasurface，EBCM）”，该系统可识别使用者的大脑信息，然后将其改变成电信号，最终成为电磁通信。不仅如此，该系统还能实现无创、无限的信息传输及交流，其形式包括脑-无线通信、模式编码、波束扫描和多功能电磁调制。
　　对于该技术，研究人员在论文中预测道：“所呈现的工作结合了可重编程电磁（electromagnetic，EM）波空间和脑机接口（Brain Computer Interface，BCI），可能会进一步开辟探索超表面、人脑智能和人工智能深度融合的新方向，从而构建新一代的生物智能超表面系统。”
　　相关论文题目为《通过非侵入性脑机超表面平台实现人脑直接无线通信》（Directly wireless communication of human minds via non-invasive brain-computer-metasurface platform），并作为当期封面论文于6月11日发表在eLight上。
　　该团队构建的是一种全新的EM超表面与BCI融合的方式。首先，研究人员提出通过EBCM将人类大脑信号以灵活、无创的方式进行无线输送。然后，他们在大脑控制下使用可编程超表面设计演示了两个BCI操作员之间的无线文本通信。
　　如果处在一定时间序列的视觉刺激条件，则能在大脑信号里检测到P300电位。该团队使用P300的BCI将操作员的大脑信息转换为脑电图（electro-encephalography，EEG）信号，并进一步转换为计算机命令，这些命令被输入可编程超表面的电气控制系统。之后，数字信息由两个可编程超表面无线传输和接收，通过这样的方式实现了远程的无线文本通信。
　　研究人员对媒体表示：“由熟练的BCI操作员使用基于P300的BCI，每个字符的平均输入时间约为5秒。通过应用一些快速拼写范例可以提高文本输入速度。还值得一提的是，基于P300的BCI在各种非侵入性BCI中具有很高的准确性和稳健性。”
操作员通过控制显示器中的文本图形用户界面来做出字母选择，不同的按钮对应EBCM的不同编码模式操作。
　　操作员尝试每次对应一个命令发送，按钮开始以随机顺序依次闪烁约5轮，每轮包含每个按钮一次闪烁，在每次试验之前随机生成闪光序列。在视频案例中，展示了五个字母“HELLO”的传输，最终的信息显示在收件人的屏幕上。
　　发射和接收超表面两者的距离大概在1.3米，它的发射超表面在0.3米的宽带天线带动，接收器是集成在接收超表面附近的天线，连接到低噪放和高速检测器以及高速模数转换器，由另一个现场可编程逻辑门阵列控制。
　　相关实验表明，操作员在不再涉及肌肉的动作的情况下，仅通过意念，也就是盯着特定的视觉按钮进行系列的顺序刺激，EBCM便能进行识别，并将其转化为相应的EM信号从而实现信号通讯。
　　同样在6月11日，eLight还发布了一篇来自空军工程大学与新加坡国立大学团队的题为《通过脑电波远程控制超表面》（Remotely Mind-controlled Metasurface via Brainwaves）的论文。
　　该团队展示了一种简易架构，通过从脑电波提炼模块，以这样的方式达到远程控制超表面的概念。这项研究为智能超表面的应用拓展了思路，该技术或将应用于健康监测、5G/6G通信、智能传感器等领域。 （逸文）