Motor Imagery Teleoperation of a Mobile Robot Using a Low-Cost Brain-Computer Interface for Multi-Day Validation

遥操作 脑-机接口 运动表象 计算机科学 移动机器人 接口(物质) 机器人 人机交互 人工智能 心理学 脑电图 操作系统 神经科学 最大气泡压力法 气泡
作者
Yujin An,Daniel Mitchell,John Lathrop,David Flynn,Soon‐Jo Chung
出处
期刊: [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:: 103-110 被引量:7
标识
DOI:10.1109/telepresence63209.2024.10841769
摘要

Brain-computer interfaces (BCI) have the potential to provide transformative control in prosthetics, assistive technologies (wheelchairs), robotics, and human-computer interfaces. While Motor Imagery (MI) offers an intuitive approach to BCI control, its practical implementation is often limited by the requirement for expensive devices, extensive training data, and complex algorithms, leading to user fatigue and reduced accessibility. In this paper, we demonstrate that effective MI-BCI control of a mobile robot in real-world settings can be achieved using a fine-tuned Deep Neural Network (DNN) with a sliding window, eliminating the need for complex feature extractions for real-time robot control. The fine-tuning process optimizes the convolutional and attention layers of the DNN to adapt to each user’s daily MI data streams, reducing training data by 70% and minimizing user fatigue from extended data collection. Using a low-cost (~$3k), 16-channel, non-invasive, open-source electroencephalogram (EEG) device, four users teleoperated a quadruped robot over three days. The system achieved 78% accuracy on a single-day validation dataset and maintained a 75% validation accuracy over three days without extensive retraining from day-to-day. For real-world robot command classification, we achieved an average of 62% accuracy. By providing empirical evidence that MI-BCI systems can maintain performance over multiple days with reduced training data to DNN and a low-cost EEG device, our work enhances the practicality and accessibility of BCI technology. This advancement makes BCI applications more feasible for real-world scenarios, particularly in controlling robotic systems.
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