Metasurfaces åbner døren til telekinese og telepati med teknologi

Stranger Ting fans vil være bekendt med denne scene: Eleven, en pige med telekinetiske kræfter, stirrer intenst på en Cola-dåse. Uden at røre ved dåsen fysisk, knuser hun den fuldstændig ved at bruge sit sind alene.

At ændre objekter med sindet har længe været en trope i science fiction. Nu, takket være metasurfaces, viste to undersøgelser netop, at det potentielt er muligt.

Metamaterialer er kunstige kompositter med bizarre optiske egenskaber. Ofte arrangeret i tandem, kan de interagere med elektromagnetiske bølger, herunder synligt lys, på måder, der er umulige for naturlige materialer. Dette giver dem en superkraft: de kan let tilpasse deres egenskaber - for eksempel ved at bøje lys på forskellige måder - i stedet for at stole på egenskaberne af de materialer, de er lavet af.

Hvorfor bekymre sig? Vores hjerner genererer elektromagnetiske bølger, mens de behandler information. Afhængigt af hjernens tilstand - for eksempel hvis den er "afslappet" versus "koncentrerer sig" - tager forskellige frekvenser af hjernebølger over. Så hvorfor ikke bruge hjernen som en kilde til at udløse ændringer i metamaterialer?

I første undersøgelse, udgivet i eLight, brugte holdet et hjernebølgeudvindingsmodul, der gjorde det muligt for frivillige at kontrollere en metasurface - en 2D-version af metamaterialer - med deres sind alene. Hele systemet er trådløst og er afhængigt af Bluetooth. De udtrak hjernebølger fra den frivillige, mens hun slappede af eller koncentrerede sig, og gennem en controller ændrede de, hvordan den forbundne metaoverflade spredte lys. Ikke så dramatisk som at bøje en Cola-dåse – men en futuristisk demonstration af at bruge sindet til at kontrollere fysisk materiale.

A anden undersøgelse tog ideen et lille stykke videre. Forskellige metaoverflader kan "tale" med hinanden baseret på elektromagnetiske egenskaber. Her koblede holdet to personer til metasurfaces for at skrive med deres sind. Den ene frivillig var senderen, den anden modtageren. Ved at koncentrere sig ændrede senderens hjernebølger metasoverfladens egenskaber til at kode forskellige binære beskeder. Ved afkodning fik modtageren teksten - alt sammen uden at løfte en eneste finger.

For nu er den futuristiske teknologi stadig i sin vorden. Men forskere forestiller sig, at de en dag vil være i stand til at bruge metamaterialer til et utal af formål: for eksempel at overvåge en chaufførs opmærksomhedsstatus eller at inkorporere dem i ikke-invasive hjerne-maskine-grænseflader.

"Kombineret med intelligente algoritmer såsom maskinlæring kan de præsenterede to værker yderligere åbne en ny retning for avancerede bio-intelligente metasurface-systemer," sagde Dr. Xiangang Luo ved Institut for Optik og Elektronik, Chinese Academy of Sciences, som ikke var involveret i nogen af ​​undersøgelserne.

Metasoverfladernes underlighed

Metasflader er som en feberdrøm. Normalt forventer vi, at vores materialer opfører sig konsekvent: glasflasker splintres under tryk; træ revner; bomuld er blødt. Metamaterialer ændrer dette paradigme. Består ofte af en sammenlægning af materialer -piezoelektriske materialer er en favorit - de ændrer let deres strukturelle og lysbøjningsegenskaber under påvirkning af elektromagnetiske felter.

Dette har ført til foreløbige usynlighedskapper, dynamisk camouflering, superlinserog 3D-printede millibots der en dag kunne strejfe din krop for intelligent at levere stoffer, når det er nødvendigt.

Metasurfaces er metamaterialers 2D-fætter. Her væver de gentagne strukturer i metamaterialer sig ind i en arklignende struktur, og bevarer deres evne til at kontrollere "næsten alle karakteristika ved elektromagnetiske bølger," sagde Dr. Shaobo Qu ved Air Force Engineering University i Kina, som ledede telekinesis-forsøget. Programmerbare metasurfaces (PM'er) er et skridt op, idet deres funktioner kan styres på en forudsigelig måde af udefrakommende påvirkninger for at skifte driftstilstande - som et badeværelses "smart" spejl med flere lysindstillinger afhængigt af dit humør.

Normalt kommer elektromagnetiske bølger fra en generator. Men vores hjerner sprænger med forskellige frekvenser af disse bølger, som tilsammen repræsenterer elektriske signaler på tværs af store områder. Betabølger, for eksempel, cykler omkring 15 til 40 gange i sekundet og er forbundet med et engageret sind. Theta-bølger, derimod, korrelerer med dagdrøm - en slags mental afslapning. Forskere har fundet ud af, at det er muligt at kontrollere dine hjernebølger og aktivt flytte dem fra en tilstand til en anden gennem neurofeedback.

Hjernebølger kan let opfanges af en hætte af indlejrede elektroder. Dette fik holdet til at spekulere på: kan vi bruge disse signaler til at kontrollere metasurfaces?

I en undersøgelse foreslog Qu et simpelt design ved hjælp af et hjernebølgeudvindingsmodul. Den har tre dele: sensoren, controlleren og aktuatoren. Sensoren opsamler hjernebølger gennem elektroder placeret på hovedbunden. Her brugte holdet et kommercielt tilgængeligt modul, ThinkGear AM, en overkommelig chip populær blandt DIY EEG brainwave-hacking-fællesskabet.

Registrerede data overføres derefter til controlleren via Bluetooth. Controlleren er også lavet af en lavpriskomponent med Arduino i hjertet. Hjernebølgesignaler konverteres til et mål for opmærksomhed og føres ind i aktuatoren. Afhængigt af personens opmærksomhedsniveau samler aktuatoren dataene i fire grupper og udsender forskellige spændinger.

"De fire tærskelintervaller svarer til henholdsvis distraheret, neutral, koncentreret og ekstremt koncentreret opmærksomhedsintensitet," forklarede teamet.

Den høje eller lave spænding svarer til en 1 eller 0 kodningssekvens. Disse sekvenser kortlægges derefter til forskellige materialeegenskaber for metasfladen, som igen styrer, hvordan den spreder lys.

Slutresultatet? I et proof of concept sad en frivillig i et ekkofrit kammer - et rum designet til at blokere omgivende lyd eller elektromagnetiske bølger. Med tørre elektroder på hovedet lukkede hun øjnene, mens hun cyklede gennem forskellige koncentrationstilstande. Ved at måle metasfladens lysspredningsegenskaber fandt holdet en stærk overensstemmelse mellem hendes opmærksomhedsintensitet og materialets egenskaber.

Undersøgelsen viser ikke, at det er muligt fysisk at flytte materialer med dit sind. Men det viser, at det er muligt at fjernstyre et materiale baseret på tanke alene. Indtil videre er teknologien for det meste et sejt bevis på beviser, der baner vejen for tankekontrollerede materialer til sundhedsovervågning eller smarte sensorer. En vigtig vejspærring er, hvordan man håndterer ekstern elektromagnetisk støj, som kunne blokere neurale kontrolsignaler.

Hjerne-til-hjerne kommunikation

Telekinesis blæser allerede mit sind. Men hvad med telepati?

En separat undersøgelse brugte metasurfaces som en slags telefon til at hjælpe to personer med at sende enkle beskeder, alt sammen uden at løfte en finger.

Direkte hjerne-til-hjerne-kommunikation er ikke nyt. Tidligere undersøgelser ved hjælp af ikke-invasive opsætninger fik deltagerne til at spille 20 spørgsmål med deres hjernebølger. En anden undersøgelse bygget et BrainNet til tre frivillige, så de kunne spille et Tetris-lignende spil alene ved hjælp af hjernebølger. Kanalen for disse mindmelds var afhængig af kabler og internettet. En ny undersøgelse spurgte, om metasurfaces kunne gøre det samme.

Ledet af Dr. Tie Jun Cui ved Institute of Electromagnetic Space, Southeast University i Kina, koblede undersøgelsen et velkendt hjernebølgesignal, P300, til egenskaberne af en metaflade. Deres opsætning, elektromagnetisk hjerne-computer-metasurface (EBCM), brugte hjernebølger til at styre en bestemt type metasurface kendt som en informations metasflade, som kan kode 0'er og 1'er som et elektronisk printkort.

Forsøget havde to frivillige: en sender og en modtager. Senderen fik overvåget sine hjernebølger med EEG, med et specifikt fokus på P300-signalet. Signalerne blev derefter afkodet til binær kode, som derefter blev brugt til at kontrollere senderens metasurface-egenskaber. Disse ændringer ændrede trådløst modtagerens metaoverflade, som derefter blev afkodet og oversat tilbage til tekstinformation, som modtageren kunne læse.

Opsætningen transmitterede med succes fire tekstsekvenser: "hello world", "Hej, Sue", "Hej, Scut" og "BCI metasurface." Det er en langsom proces, der i gennemsnit tager omkring fem sekunder for hver karakter, men kan forbedres med nogle "hurtigstavningsparadigmer," sagde teamet.

Vi er stadig langt fra teknologibaseret telekinese og telepati. Men de superkræfter er måske ikke så langt ude, som man engang troede. For nu er holdene ivrige efter at vedtage deres opsætninger for at forbedre sundheden.

"Vores arbejde kan yderligere åbne op for en ny retning for at udforske den dybe integration af metasurface, menneskelig hjerneintelligens og kunstig intelligens for at opbygge nye generationer af bio-intelligente metasurface-systemer," sagde Cui.

Billede Credit: Gerd Altmann / Pixabay

• Coinsmart. Europas bedste Bitcoin og Crypto Exchange.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. FRI ADGANG.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Gratis prøveversion.
• Kilde: https://singularityhub.com/2022/06/28/in-two-new-studies-metasurfaces-open-the-door-to-telekinesis-and-telepathy/