中国团队研发脑机接口机器人 可植入比头发丝更细更软柔性微电极

中新网北京4月28日电 (记者 孙自法)中国科学院自动化研究所(自动化所)4月28日向媒体发布消息说，该所脑图谱与类脑智能实验室脑机接口与融合智能团队自主研发成功一款“缝纫机”式柔性微电极自动植入机器人，可助力科学家将“比头发丝更细更软”的柔性微电极植入实验动物的大脑皮层，为脑机接口与脑科学研究提供关键支撑。

灵活兼容不同规格柔性微电极

中国科学院自动化所脑图谱与类脑智能实验室主任、脑机接口与融合智能团队负责人余山研究员介绍说，最新研发的脑机接口柔性微电极植入机器人，具有多项自主知识产权，可灵活兼容不同规格的柔性微电极，应用于啮齿类、非人灵长类等动物的大脑皮层植入。

柔性脑皮层微电极植入机器人。中国科学院自动化所 供图

该植入机器人可以在其智能感知系统的引导下，以微米级的三维操作精度，将多根厚度和宽度分别小于或等于10微米、100微米的微丝状电极植入大脑皮层内，并灵活避让脑血管。由于植入过程是利用一根硬质针不断上下穿梭、操作柔软的微丝，类似于缝纫机的工作过程，所以也被形象称为“缝纫机”式植入。

植入后的柔性微电极可以将大脑的神经电信号传导到微型芯片，由微型芯片对收集到的神经信号进行处理和通信，从中解析出大脑在执行的信息处理，并控制外部设备，也可以通过微电流刺激电极触点附近的神经细胞，对脑活动进行调控。

目前，“缝纫机”式植入脑机接口机器人已成功支持中国科学院半导体研究所和微灵脑机等研制的多种规格的柔性微电极植入，服务于脑机接口和神经电生理研究。

需多学科协作创新和集成攻关

近日，“缝纫机”式植入脑机接口机器人通过深圳市“脑解析与脑模拟”重大科技基础设施预验收，该设施用户代表、中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师、微灵医疗创始人李骁健博士说，植入式脑机接口已由硬质电极时代进入到柔性电极时代，柔性电极有多种不同的类型，例如贴在大脑皮层表面的薄膜电极、从静脉血管介入的支架电极等各有千秋，相比之下，微丝状柔性电极的优势是，在植入大脑皮层内部后，电极与神经元直接接触，能采集到高精度的神经元脉冲。

猕猴大脑皮层植入手术。中国科学院自动化所 供图

余山表示，植入式脑机接口是一个高度交叉的领域，涉及到电极、芯片、植入、通信、脑外科、人工智能、神经解码等多种关键技术，需要多学科协作创新和集成攻关。随着新材料和微纳加工技术的进步，现在的植入式电极越来越微小和柔软，能大大降低植入创伤和排异反应，但同时植入难度也越来越大，远超人手和肉眼的能力极限，因此，高度自动化的植入机器人成为脑机接口领域的核心设备。

植入式脑机接口可以给残障人士带来高性能的意念控制、语音合成、视觉重建等技术福利，也可以协助科学家利用高通量信号研究大脑的工作原理。

开发柔性微电极植入机器人系列

“缝纫机”式柔性微电极植入机器人项目负责人、中国科学院自动化所脑图谱与类脑智能实验室秦方博副研究员指出，如何采集大量的高质量神经信号，并且尽可能降低植入带来的安全风险，是植入式脑机接口技术面临的核心问题。

同时，柔性微电极的宽度与头发丝相仿，厚度仅为头发丝的约1/10，这些特点也导致电极非常难以观测和操作。

基于此，本项目研发通过发挥中国科学院自动化所在智能感知和机器人控制方面的技术与经验积累，实现新研发的柔性微电极植入机器人具有自动化程度高、可植入数量多、空间定位准、时间效率高、使用方便快捷、灵活避让血管等优势，有效提高了成功率和植入效果。

动物大脑皮层多电极植入效果。中国科学院自动化所 供图

该新款机器人的成功研发，也是中国科学院自动化所脑图谱与类脑智能实验室脑机接口与融合智能团队成员通力协作取得的多学科交叉成果。在柔性微电极制备及植入方面，中国科学院半导体研究所裴为华研究员团队也以丰富的技术经验提供重要支持。

余山透露，在后续研究及应用工作中，脑机接口与融合智能团队将继续开发柔性电极植入机器人系列产品，为促进脑机接口与脑科学的发展持续贡献力量。