1. 概覽
伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校(UIUC)工程專業(yè)的學(xué)生們利用NI LabVIEW開發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助的通信設(shè)備，該設(shè)備可以將人的思想轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音或命令，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)輪椅或其它設(shè)備的控制。
該應(yīng)用展示了NI LabVIEW是如何為工程創(chuàng)新提供源動(dòng)力的。
2. NI LabVIEW為工程創(chuàng)新提供源動(dòng)力
邁克爾-卡拉漢——一名剛從伊利諾伊大學(xué)厄本那-香檳分校(UIUC)系統(tǒng)與企業(yè)工程項(xiàng)目畢業(yè)的學(xué)生，最近榮獲了享有盛譽(yù)的雷默森——伊利諾伊學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金。該獎(jiǎng)項(xiàng)肯定了卡拉漢的貢獻(xiàn)——他所開發(fā)的設(shè)備極大地幫助了受患于肌萎縮性側(cè)索硬化癥(ALS/ Lou Gherig病癥)、腦癱、脊柱損傷或其他神經(jīng)學(xué)紊亂的人群。該設(shè)備(被稱為“奧迪歐(Audeo)”)采集并轉(zhuǎn)換神經(jīng)信號(hào)，使得喪失語(yǔ)言或行動(dòng)能力的患者可以通過(guò)這一方式進(jìn)行溝通?？ɡ瓭h與托馬斯-科爾曼以及其他UIUC的同事一起創(chuàng)立了他們自己的公司——Ambient公司，用來(lái)開發(fā)這一項(xiàng)目并將其推向市場(chǎng)。NI LabVIEW在這一過(guò)程中發(fā)揮了極其重要的作用。
奧迪歐設(shè)備支持對(duì)輪椅進(jìn)行基于思想的控制。一個(gè)LabVIEW應(yīng)用程序構(gòu)成了這個(gè)基于筆記本電腦的原型構(gòu)造的核心部分，它采集來(lái)自圍繞在患者頸部的傳感器的神經(jīng)脈沖信號(hào)。一個(gè)定制的基于LabVIEW的算法處理并解析這些信號(hào)，生成適當(dāng)?shù)妮喴慰刂菩盘?hào)。
奧迪歐是一個(gè)放置于患者頸部周圍的傳感設(shè)備。在工作過(guò)程中，它截取來(lái)自大腦的控制聲帶與聲道的信號(hào)。隨后，這些信號(hào)被發(fā)送至一臺(tái)計(jì)算機(jī)，并濾除所有背景噪聲，利用復(fù)雜的信號(hào)處理算法對(duì)其進(jìn)行處理，再解析信號(hào)所表達(dá)的患者意念，生成語(yǔ)音。該語(yǔ)音信號(hào)可以直接輸出或用于控制外部設(shè)備，例如一臺(tái)電動(dòng)輪椅。
“ALS患者或許可以輕微地嚅動(dòng)嘴唇，但是他們無(wú)法從其肺部呼出足夠的氣流以產(chǎn)生可聽見的語(yǔ)音。但由于語(yǔ)音信號(hào)是由大腦生成的，所以即使他們無(wú)法發(fā)音，我們也可以解析這些信號(hào)并為他們創(chuàng)建語(yǔ)音”，科爾曼說(shuō)。
借助于LabVIEW，該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多個(gè)原型設(shè)計(jì)來(lái)控制信號(hào)采集過(guò)程，并運(yùn)用信號(hào)處理算法將神經(jīng)脈沖信號(hào)的采樣值轉(zhuǎn)換為輪椅控制命令或語(yǔ)言。
為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輪椅的控制，系統(tǒng)需要識(shí)別有關(guān)方向的命令——前進(jìn)、右轉(zhuǎn)、左轉(zhuǎn)、停止等。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，軟件從語(yǔ)言模式中識(shí)別那些特殊的命令，而不是處理數(shù)據(jù)以生成連續(xù)的語(yǔ)音。
連續(xù)語(yǔ)音處理策略允許用戶在操作的同時(shí)聽到操作所生成的語(yǔ)音，但這還處于研發(fā)過(guò)程中。“挑戰(zhàn)之一便是，”卡拉漢解釋道，“需要開發(fā)一個(gè)適用于每一個(gè)人的并且通用的數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，而不僅僅是針對(duì)某些特定的個(gè)體?！?/FONT>
這一任務(wù)需要復(fù)雜的信號(hào)處理算法，這些算法可以適應(yīng)隨個(gè)體和時(shí)間變化而不同的神經(jīng)脈沖模式。LabVIEW直觀的圖形化編程方式為整個(gè)開發(fā)過(guò)程提供了幫助，它協(xié)助卡拉漢與他的團(tuán)隊(duì)利用實(shí)際信號(hào)和變化的算法與參數(shù)進(jìn)行快速驗(yàn)證。
“LabVIEW的這種圖形化的編程方式，簡(jiǎn)化了整個(gè)開發(fā)過(guò)程，保證工程師們將主要精力放在工程創(chuàng)新上而不是編程細(xì)節(jié)。”，卡拉漢說(shuō)。他與他的同事在2005年使用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)了軟件部分，構(gòu)建了最初的原型系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了重大改進(jìn)。
開發(fā)人員在整個(gè)開發(fā)過(guò)程中繼續(xù)使用LabVIEW?？ɡ瓭h與科爾曼已經(jīng)從眾多的個(gè)體中收集了大量的數(shù)據(jù)，并基于LabVIEW進(jìn)行了系統(tǒng)開發(fā)，該系統(tǒng)可以生成類似轉(zhuǎn)換算法并在運(yùn)行中評(píng)估其有效性。當(dāng)開發(fā)人員發(fā)現(xiàn)了最優(yōu)的處理算法并確定了系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，他們希望將整個(gè)采集與處理工程用硬件實(shí)現(xiàn)，從而可以包含在奧迪歐設(shè)備內(nèi)部。通過(guò)這樣的方式，系統(tǒng)將不再需要外部計(jì)算機(jī)。
據(jù)介紹，最終將不僅僅是一臺(tái)設(shè)備，而是定位于大量不同用戶需求的一系列的設(shè)備。例如，一臺(tái)這樣的設(shè)備或許僅專注于語(yǔ)音的產(chǎn)生，而另一臺(tái)設(shè)備或許用于支持殘疾患者控制各種不同的設(shè)備，如輪椅、計(jì)算機(jī)或甚至移動(dòng)電話等。
（轉(zhuǎn)載）
