Metaoberflächen öffnen die Tür zur Telekinese und Telepathie mit Technologie

Stranger Things Fans werden diese Szene kennen: Eleven, ein Mädchen mit telekinetischen Kräften, starrt konzentriert auf eine Cola-Dose. Ohne die Dose physisch zu berühren, zerdrückt sie sie vollständig mit ihrem Verstand.

Das Verändern von Objekten mit dem Geist ist seit langem ein Thema in der Science-Fiction. Dank Metaoberflächen haben nun zwei Studien gezeigt, dass dies möglicherweise möglich ist.

Metamaterialien sind künstliche Verbundstoffe mit bizarren optischen Eigenschaften. Oft hintereinander angeordnet, können sie mit elektromagnetischen Wellen, einschließlich sichtbarem Licht, auf eine Weise interagieren, die für natürliche Materialien unmöglich ist. Das verleiht ihnen eine Superkraft: Sie können ihre Eigenschaften leicht anpassen – zum Beispiel Licht auf unterschiedliche Weise beugen – anstatt sich auf die Eigenschaften der Materialien zu verlassen, aus denen sie bestehen.

Warum kümmern? Unser Gehirn erzeugt bei der Verarbeitung von Informationen elektromagnetische Wellen. Je nach Zustand des Gehirns – zum Beispiel ob es „entspannt“ oder „konzentriert“ ist – übernehmen unterschiedliche Frequenzen von Gehirnwellen. Warum also nicht das Gehirn als Quelle nutzen, um Veränderungen in Metamaterialien auszulösen?

Im erste Studie, veröffentlicht in eLightverwendete das Team ein Gehirnwellen-Extraktionsmodul, das es Freiwilligen ermöglichte, eine Metaoberfläche – eine 2D-Version von Metamaterialien – allein mit ihrem Verstand zu steuern. Das gesamte System ist drahtlos und basiert auf Bluetooth. Sie extrahierten Gehirnwellen aus der Freiwilligen, während sie sich entspannte oder konzentrierte, und veränderten durch einen Controller, wie die verknüpfte Metaoberfläche das Licht streute. Nicht so dramatisch wie das Biegen einer Cola-Dose, sicher – aber eine futuristische Demonstration der Verwendung des Geistes zur Kontrolle von physischem Material.

A zweite Studie nahm die Idee ein wenig weiter. Verschiedene Metaoberflächen können basierend auf elektromagnetischen Eigenschaften miteinander „sprechen“. Hier hat das Team zwei Personen mit Metaoberflächen verbunden, um mit ihren Gedanken Text zu schreiben. Ein Freiwilliger war der Sender, der andere der Empfänger. Durch die Konzentration veränderten die Gehirnwellen des Senders die Eigenschaften der Metaoberfläche, um verschiedene binäre Botschaften zu kodieren. Nach der Dekodierung erhielt der Empfänger den Text – alles ohne einen einzigen Finger zu rühren.

Im Moment steckt die futuristische Technologie noch in den Kinderschuhen. Aber Wissenschaftler stellen sich vor, dass sie Metamaterialien eines Tages für eine Vielzahl von Zwecken verwenden können: zum Beispiel zur Überwachung des Aufmerksamkeitsstatus eines Fahrers oder zur Einbindung in nicht-invasive Gehirn-Maschine-Schnittstellen.

„In Kombination mit intelligenten Algorithmen wie maschinellem Lernen könnten die beiden vorgestellten Arbeiten eine weitere neue Richtung für fortschrittliche biointelligente Metaoberflächensysteme eröffnen.“ sagte Dr. Xiangang Luo vom Institut für Optik und Elektronik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der an keiner der Studien beteiligt war.

Die Seltsamkeit von Metaoberflächen

Metaoberflächen sind wie ein Fiebertraum. Normalerweise erwarten wir von unseren Materialien ein gleichbleibendes Verhalten: Glasflaschen zerbrechen unter Druck; Holzrisse; Baumwolle ist weich. Metamaterialien verändern dieses Paradigma. Oft aus einer Verschmelzung von Materialien –piezoelektrische Materialien sind ein Favorit – sie ändern leicht ihre strukturellen und lichtbrechenden Eigenschaften unter der Wirkung elektromagnetischer Felder.

Dies hat zu vorläufigen geführt Unsichtbarkeitsmäntel, dynamische Tarnung, Superlinsen und 3D-gedruckte Millibots die eines Tages Ihren Körper durchstreifen könnten, um Medikamente bei Bedarf intelligent zu verabreichen.

Metaoberflächen sind der 2D-Cousin von Metamaterialien. Hier verweben sich die sich wiederholenden Strukturen in Metamaterialien zu einer blattartigen Struktur und behalten ihre Fähigkeit bei, „fast alle Eigenschaften elektromagnetischer Wellen“ zu kontrollieren, sagte Dr. Shaobo Qu von der Air Force Engineering University in China, der die Telekinese-Studie leitete. Programmierbare Metaoberflächen (PMs) sind insofern ein Fortschritt, als ihre Funktionen auf vorhersehbare Weise durch äußere Einflüsse gesteuert werden können, um die Betriebsmodi zu wechseln – wie ein „intelligenter“ Badezimmerspiegel mit mehreren Lichteinstellungen je nach Stimmung.

Normalerweise kommen elektromagnetische Wellen von einem Generator. Aber unser Gehirn explodiert mit unterschiedlichen Frequenzen dieser Wellen, die gemeinsam elektrische Signale über große Regionen hinweg darstellen. Beta-Wellen zum Beispiel durchlaufen ungefähr 15 bis 40 Mal pro Sekunde und werden mit einem engagierten Geist in Verbindung gebracht. Im Gegensatz dazu korrelieren Theta-Wellen mit Tagträumen – einer Art mentaler Entspannung. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es möglich ist, Ihre Gehirnwellen zu kontrollieren und sie durch Neurofeedback aktiv von einem Zustand in einen anderen zu verschieben.

Gehirnwellen können leicht durch eine Kappe mit eingebetteten Elektroden aufgenommen werden. Dies veranlasste das Team zu der Frage: Können wir diese Signale verwenden, um Metaoberflächen zu steuern?

In einer Studie schlug Qu ein einfaches Design mit einem Gehirnwellen-Extraktionsmodul vor. Es besteht aus drei Teilen: Sensor, Controller und Aktuator. Der Sensor sammelt Gehirnwellen durch Elektroden, die auf der Kopfhaut platziert werden. Hier verwendete das Team ein kommerziell erhältliches Modul, Think Gear AM, ein erschwinglicher Chip beliebt bei der DIY-EEG-Gehirnwellen-Hacking-Community.

Die aufgezeichneten Daten werden dann über Bluetooth an den Controller übertragen. Der Controller besteht ebenfalls aus einer kostengünstigen Komponente, in deren Mittelpunkt Arduino steht. Gehirnwellensignale werden in ein Aufmerksamkeitsmaß umgewandelt und in den Aktuator eingespeist. Je nach Aufmerksamkeitsgrad der Person teilt der Aktor die Daten in vier Gruppen ein und gibt unterschiedliche Spannungen aus.

„Die vier Schwellenintervalle entsprechen jeweils einer abgelenkten, neutralen, konzentrierten und extrem konzentrierten Aufmerksamkeitsintensität“, erklärte das Team.

Die hohe oder niedrige Spannung entspricht einer 1- oder 0-Codiersequenz. Diese Sequenzen bilden dann unterschiedliche Materialeigenschaften für die Metaoberfläche ab, die wiederum steuert, wie sie Licht streut.

Das Endergebnis? In einem Machbarkeitsnachweis saß ein Freiwilliger in einem schalltoten Raum – einem Raum, der Umgebungsgeräusche oder elektromagnetische Wellen ausblenden soll. Mit trockenen Elektroden auf dem Kopf schloss sie die Augen, während sie verschiedene Konzentrationszustände durchlief. Durch die Messung der lichtstreuenden Eigenschaften der Metaoberfläche fand das Team eine starke Übereinstimmung zwischen ihrer Aufmerksamkeitsintensität und den Materialeigenschaften.

Die Studie zeigt nicht, dass es möglich ist, Materialien mit Ihrem Geist physisch zu bewegen. Aber es zeigt, dass es möglich ist, ein Material allein auf der Grundlage von Gedanken fernzusteuern. Im Moment ist die Technologie vor allem ein cooler Beweis, der den Weg für gedankengesteuerte Materialien für die Gesundheitsüberwachung oder intelligente Sensoren ebnet. Ein großes Hindernis ist der Umgang mit elektromagnetischem Rauschen von außen, das neuronale Steuersignale blockieren könnte.

Gehirn-zu-Gehirn-Kommunikation

Telekinese hat mich schon umgehauen. Aber was ist mit Telepathie?

Eine separate Studie verwendete Metaoberflächen als eine Art Telefon, um zwei Personen dabei zu helfen, einfache Nachrichten zu schreiben, ohne einen Finger zu rühren.

Direkte Gehirn-zu-Gehirn-Kommunikation ist nicht neu. Vorherige Studien Bei der Verwendung nicht-invasiver Setups spielten die Teilnehmer 20 Fragen mit ihren Gehirnwellen. Eine weitere Studie baute ein BrainNet für drei Freiwillige, das es ihnen ermöglichte, ein Tetris-ähnliches Spiel allein mit Gehirnwellen zu spielen. Die Leitung für diese Gedankenverschmelzungen stützte sich auf Kabel und das Internet. Eine neue Studie gefragt, ob Metaoberflächen dasselbe tun könnten.

Unter der Leitung von Dr. Tie Jun Cui vom Institut für elektromagnetische Raumfahrt der Southeast University in China verknüpfte die Studie ein bekanntes Gehirnwellensignal, P300, zu den Eigenschaften einer Metafläche. Ihr Aufbau, elektromagnetische Gehirn-Computer-Metaoberfläche (EBCM), verwendete Gehirnwellen, um eine bestimmte Art von Metaoberfläche zu steuern, die als an bekannt ist Informationen Metaoberfläche, der wie eine elektronische Platine 0 und 1 codieren kann.

Das Experiment hatte zwei Freiwillige: einen Sender und einen Empfänger. Der Sender ließ seine Gehirnströme mit EEG überwachen, mit besonderem Fokus auf das P300-Signal. Die Signale wurden dann in Binärcode dekodiert, der dann verwendet wurde, um die Metaoberflächeneigenschaften des Senders zu steuern. Diese Änderungen änderten drahtlos die Metaoberfläche des Empfängers, die dann dekodiert und zurück in Textinformationen übersetzt wurde, die der Empfänger lesen konnte.

Das Setup übermittelte erfolgreich vier Textsequenzen: „Hallo Welt“, „Hi, Sue“, „Hi, Scut“ und „BCI-Metaoberfläche“. Es ist ein langsamer Prozess, der durchschnittlich etwa fünf Sekunden für jeden Charakter dauert, aber mit einigen „schnellen Rechtschreibparadigmen“ verbessert werden könnte, sagte das Team.

Von technologiebasierter Telekinese und Telepathie sind wir noch weit entfernt. Aber diese Supermächte sind vielleicht nicht so weit hergeholt, wie man früher dachte. Im Moment sind die Teams bestrebt, ihre Setups zur Verbesserung der Gesundheit zu übernehmen.

„Unsere Arbeit könnte eine weitere neue Richtung eröffnen, um die tiefe Integration von Metaoberflächen, menschlicher Gehirnintelligenz und künstlicher Intelligenz zu erforschen, um neue Generationen von biointelligenten Metaoberflächensystemen aufzubauen“, sagte Cui.

Bild-Kredit: Gerd Altmann / Pixabay

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• Quelle: https://singularityhub.com/2022/06/28/in-two-new-studies-metasurfaces-open-the-door-to-telekinesis-and-telepathy/