Phát triển giao diện não-máy tính thích ứng 2 chiều đầu tiên trên thế giới, tăng hiệu quả gấp 100 lần

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho biết đã phát triển BCI (giao diện não-máy tính) thích ứng hai chiều đầu tiên trên thế giới, tăng hiệu quả lên gấp 100 lần và đưa công nghệ này tiến gần hơn một bước tới mục đích sử dụng hằng ngày thực tế.

Trong nghiên cứu được công bố hôm 17.2 bởi tạp chí Nature Electronics, các nhà khoa học cho biết hệ thống này cuối cùng có thể được tích hợp vào thiết bị BCI di động và đeo được, giúp nó phù hợp với các ứng dụng y tế và tiêu dùng.

Không giống các BCI truyền thống giải mã tín hiệu của não, đột phá này cho phép não và thiết bị học hỏi lẫn nhau, mang lại hiệu suất ổn định theo thời gian, theo các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Thiên Tân và Đại học Thanh Hoa.

Xu Minpeng từ Đại học Thiên Tân (đồng tác giả nghiên cứu) cho biết: "Công trình của chúng tôi là công trình đầu tiên giới thiệu khái niệm đồng tiến hóa não-máy tính và chứng minh thành công tính khả thi của nó, đánh dấu bước đầu tiên hướng tới sự thích nghi lẫn nhau giữa trí tuệ sinh học và máy móc".

Công nghệ BCI có từ những năm 1970 khi các nhà khoa học lần đầu tiên chứng minh rằng những tín hiệu não có thể được ghi lại và chuyển thành lệnh, cho phép người dùng điều khiển máy móc bằng suy nghĩ của họ.

Trong khi nghiên cứu ban đầu tập trung vào việc giúp đỡ những người khuyết tật, BCI ngày nay đã mở rộng thành nhiều ứng dụng khác nhau, từ thiết bị đeo để chơi game đến điều khiển máy bay không người lái mà không cần dùng tay.

Tuy nhiên, tính chất một chiều của công nghệ này khiến các thiết bị BCI không thể cung cấp phản hồi giúp não bộ điều chỉnh và cải thiện khả năng kiểm soát theo thời gian. Hạn chế này thường khiến hiệu suất giảm dần khi sử dụng lâu dài.

Xu Minpeng cho biết: "Một thách thức lớn trong việc phát triển công nghệ BCI là đạt được khả năng học tập lẫn nhau giữa não và máy móc".

Theo nghiên cứu, Xu Minpeng và các đồng nghiệp của ông phát hiện ra rằng những thay đổi trong tín hiệu não không phải là biến động ngẫu nhiên do các yếu tố như mệt mỏi hoặc cảm xúc gây ra, mà còn bị ảnh hưởng bởi cách não tương tác với BCI.

Dựa trên phát hiện này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng chip memristor, một loại phần cứng tiết kiệm năng lượng mô phỏng mạng nơ-ron, để phát triển một khung vòng lặp kép, giúp tạo ra sự tương tác tự nhiên và linh hoạt hơn giữa não với máy móc.

Hệ thống này có vòng lặp học máy liên tục cập nhật bộ giải mã để thích ứng với các biến thể tín hiệu của não, và vòng lặp học não giúp người dùng cải thiện khả năng kiểm soát thiết bị thông qua phản hồi theo thời gian thực.

"So với BCI kỹ thuật số truyền thống, hệ thống vòng lặp kép của chúng tôi tăng hiệu quả hơn 100 lần trong khi giảm mức tiêu thụ năng lượng 1.000 lần", Xu Minpeng cho hay.

Hệ thống vòng lặp kép cũng giúp thực hiện các nhiệm vụ phức tạp hơn, cải thiện khả năng kiểm soát 2 mức độ tự do mà hầu hết BCI cung cấp, chẳng hạn di chuyển máy bay không người lái lên hoặc xuống, sang trái hoặc phải.

Hệ thống mới đã được mở rộng để cho phép kiểm soát 4 mức độ tự do, gồm cả chuyển động tiến-lùi và xoay, tất cả đều chỉ sử dụng tín hiệu não.

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc phát triển BCI thích ứng hai chiều đầu tiên trên thế giới, đưa công nghệ này tiến gần hơn một bước tới mục đích sử dụng hàng ngày thực tế - Ảnh: SCMP

Nghiên cứu, với các bài kiểm tra dài 6 giờ trên 10 người tham gia, cho thấy hệ thống thích ứng này cải thiện độ chính xác khoảng 20% so với BCI không có khả năng thích ứng, chứng minh được sự ổn định và khả năng học tập lâu dài.

"Nghiên cứu của chúng tôi cung cấp nền tảng lý thuyết vững chắc và hỗ trợ kỹ thuật cho sự phát triển của các hệ thống BCI thực tế và mở ra những hướng đi mới cho sự tiến bộ của trí tuệ tích hợp giữa não-máy", Xu Minpeng tuyên bố.

Mỹ, châu Âu và Trung Quốc đã đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy công nghệ BCI. Trong khi công ty Neuralink của Elon Musk tập trung vào các giao diện cấy ghép não, các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc đã có những bước tiến lớn trong lĩnh vực BCI không xâm lấn và thích ứng.

Thượng Hải, Bắc Kinh đặt mục tiêu giúp Trung Quốc dẫn đầu toàn cầu ngành BCI

Trung Quốc đang tìm cách trở thành "trung tâm đổi mới toàn cầu" bằng cách phát triển các phương pháp điều trị mù lòa và liệt.

Thượng Hải và Bắc Kinh đã triển khai các kế hoạch hành động đầy tham vọng cho ngành BCI, với mục tiêu đưa Trung Quốc trở thành quốc gia dẫn đầu toàn cầu trong lĩnh vực này vào năm 2030. Thượng Hải và Bắc Kinh chính là hai thành phố lớn nhất Trung Quốc.

BCI cho phép giao tiếp trực tiếp giữa não bộ và các thiết bị bên ngoài thông qua kỹ thuật thần kinh và có thể hỗ trợ điều trị các tình trạng như mù lòa, liệt cùng nhiều ứng dụng khác.

Thượng Hải đang hướng tới mục tiêu tự chủ trong các lĩnh vực cốt lõi của chuỗi ngành công nghiệp này và định vị mình là "trung tâm đổi mới toàn cầu cho các sản phẩm BCI" trong vòng 5 năm tới, theo kế hoạch chi tiết cho giai đoạn 2025-2030 được chính quyền thành phố công bố cuối tuần qua.

Trước đó, chính quyền thủ đô Bắc Kinh đã ban hành một kế hoạch tương tự cho cùng kỳ để đạt được "ảnh hưởng và năng lực cạnh tranh toàn cầu".

Trung Quốc đã đẩy nhanh đầu tư vào BCI và các lĩnh vực mới nổi khác khi theo đuổi mục tiêu tăng trưởng dựa trên công nghệ nhiều hơn trong bối cảnh kinh tế suy thoái và bị phương Tây kiềm chế.

BCI là trọng tâm chính của cuộc cạnh tranh công nghệ toàn cầu. Ngoài việc được sử dụng trong chăm sóc sức khỏe, BCI còn có tiềm năng được sử dụng trong các lĩnh vực khác như giáo dục và giải trí.

Ủy ban Khoa học và Công nghệ Thượng Hải mô tả đây là một trong những "công nghệ đột phá" và cho biết thành phố này nên hướng tới mục tiêu "nắm bắt cơ hội và nuôi dưỡng các ngành công nghiệp tương lai" thông qua kế hoạch mới nhất.

Theo lộ trình từng giai đoạn, đến năm 2027, Thượng Hải dự kiến sẽ phát triển hơn 5 sản phẩm xâm lấn và bán xâm lấn đã hoàn thành các thử nghiệm lâm sàng và có thể giúp bệnh nhân mắc chứng mất ngôn ngữ (một loại suy giảm ngôn ngữ do tổn thương não) hoặc liệt phục hồi một số chức năng ngôn ngữ và vận động.

Đến năm 2030, hàng loạt sản phẩm xâm lấn và bán xâm lấn sẽ bước vào giai đoạn đăng ký và phê duyệt thiết bị y tế.

Những sản phẩm này sẽ giúp bệnh nhân mù phục hồi một phần thị lực, giúp người bị liệt lấy lại một số khả năng xúc giác và vận động, đồng thời cung cấp các lựa chọn điều trị mới cho những bệnh lý thần kinh như động kinh kháng thuốc và trầm cảm nặng.

Thượng Hải và Bắc Kinh muốn giúp Trung Quốc trở thành quốc gia dẫn đầu toàn cầu trong lĩnh vực BCI vào năm 2030 - Ảnh: SCMP

Kế hoạch đó cũng đặt mục tiêu tạo ra một số công ty có "tầm ảnh hưởng toàn cầu" trong lĩnh vực này và xây dựng một chuỗi sản xuất phần lớn tự chủ, sử dụng các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI) và thực tế ảo (VR).

Kế hoạch của Bắc Kinh có ít mục tiêu cụ thể hơn nhưng cho biết thủ đô Trung Quốc nên "ban đầu hình thành" một hệ sinh thái cho ngành công nghiệp này vào năm 2030. Bắc Kinh cũng đặt mục tiêu thu hút các công ty quốc tế hàng đầu đến thành phố để thiết lập các trung tâm nghiên cứu và phát triển.

Kế hoạch này tuân theo chỉ thị quốc gia kêu gọi sử dụng công nghệ BCI trong các dịch vụ chăm sóc người cao tuổi.

Chỉ thị từ Quốc vụ viện, cơ quan hành chính cao nhất Trung Quốc, kêu gọi thành lập các dự án quốc gia lớn sử dụng công nghệ này cùng AI và robot hình người có thể cung cấp hình thức bầu bạn, để giúp chăm sóc số lượng người cao tuổi đang gia tăng nhanh chóng.

Thị trường BCI thế giới có giá trị 2,4 tỉ USD vào năm 2024 và dự kiến sẽ tăng lên 6,5 tỉ USD trong 2030, theo báo cáo từ Grand View Research - công ty tư vấn có trụ sở tại thành phố San Francisco (Mỹ).

Theo nghiên cứu của hãng công nghệ thông tin Saudi Information Technology Company (Ả Rập Saudi) được công bố vào tháng 6.2024, Mỹ đang thống trị lĩnh vực này, với 44% các công ty công nghệ thần kinh BCI trên thế giới, trong đó Neuralink của Elon Musk là cái tên nổi bật. Trung Quốc chiếm 5%, ngang bằng với Anh, Canada và Đức.

Sơn Vân