เล่นเกมด้วยคลื่นสมองด้วย Octopus 16 อุปกรณ์ EEG ไร้สายขนาดจิ๋ว

Octopus 16 เป็นอุปกรณ์ HID ไร้สายสำหรับรับสัญญาณชีวภาพ (Biosignal HID) ที่ออกแบบมาสำหรับ บอร์ด XIAO ESP32-S3 ช่วยให้ผู้ใช้สามารถเล่นเกมบนคอมพิวเตอร์ได้ด้วย สัญญาณสมอง (EEG) โดย ไม่ต้องใช้มือหรือการฝังอุปกรณ์ในร่างกาย

บอร์ดนี้ติดตั้งอิเล็กโทรดจำนวน 16 จุด สำหรับวัดสัญญาณชีวภาพหลายประเภท ได้แก่ EEG (Electroencephalography) การตรวจวัดคลื่นไฟฟ้าสมอง, EMG (Electromyography) การตรวจวัดสัญญาณไฟฟ้าของกล้ามเนื้อ และ ECG (Electrocardiography) การตรวจวัดคลื่นไฟฟ้าหัวใจ อุปกรณ์มีขนาดเล็กเพียงเท่าเหรียญ ทำให้มีความกะทัดรัดกว่าระบบ Brain-Computer Interface (BCI) ทั่วไป ซึ่งมักต้องใช้อุปกรณ์สวมศีรษะ (Cap Kit) ที่ติดตั้งอิเล็กโทรด 8–16 จุดพร้อมสายเชื่อมต่อจำนวนมาก

เสปคของ Octopus 16 :

ADC – 2x Texas Instruments ADS131M08 24 บิต, 8 ช่องสัญญาณ, รองรับการสุ่มตัวอย่างพร้อมกัน (Simultaneous Sampling) และเป็นชนิด Delta-Sigma (ΔΣ)
จำนวนช่องสัญญาณ – 16x ช่องสัญญาณ ความละเอียด 24 บิต (ADC ละ 8 ช่อง)
Programmable gain (PGA) – ปรับอัตราขยายได้ตั้งแต่ x1 ถึง x128 (ตั้งค่าผ่านเฟิร์มแวร์ โดยค่าเริ่มต้นของ Gain Register คือ 0x2222)
อินพุต High-Pass / DC Block – เปิดใช้งานตัวกรอง DC-Block ภายใน ADC เพื่อตัดสัญญาณ DC (ประมาณ มากกว่า 1 Hz)
Host interface (การเชื่อมต่อกับบอร์ด XIAO) – จ่ายไฟและสื่อสารผ่าน SPI โดยใช้หัวต่อ 2 × 7 พิน
อินเทอร์เฟซสำหรับรับสัญญาณสมอง
- 18xPogo Pins แบบสปริง
  - 16x อิเล็กโทรดรับสัญญาณ
  - 1x สำหรับขาอ้างอิง (Reference / AINREF)
  - 1x สำหรับกราวด์ (Ground / GND)
- ระยะห่างระหว่างพิน (Center-to-Center) – ประมาณ 5.38 มม. จัดเรียงแบบหกเหลี่ยม (Hexagonal Packing)
- พื้นที่ครอบคลุมของชุดอิเล็กโทรด – 20.3 × 20.3 มม. โดยพินทั้งหมดอยู่ภายในรัศมีประมาณ 10.5 มม. จากจุดศูนย์กลาง
- การกำหนดเส้นทาง Reference/Ground – สามารถเลือกการเชื่อมต่อผ่านจัมเปอร์บนบอร์ด (AINREF_POGOPIN_ON, AINREF_STACK_ON, GND_ON, STACK_1/2) รองรับทั้งการใช้งานบอร์ดเดี่ยวและการซ้อนหลายบอร์ด
อื่น ๆ – ตัวเครื่องผลิตด้วยการพิมพ์ 3D
แหล่งจ่ายไฟ – 5V ผ่านหัวต่อ โดยรับไฟจากพอร์ต USB-C ของบอร์ด XIAO ESP32-S3
ขนาดบอร์ด – เส้นผ่านศูนย์กลาง 26 มม. (แผงวงจร PCB แบบ 4 ชั้น)

Octopus 16 จะต้องเชื่อมต่อกับบอร์ด XIAO ESP32-S3 หรือ XIAO ESP32-C6 และจ่ายไฟผ่านพอร์ต USB (เช่น จากแบตเตอรี่สำรอง USB-C หรือ Power Bank) ก่อนนำอุปกรณ์ไปวางบนศีรษะ โดยให้ Pogo Pins ทั้ง 18 จุดสัมผัสกับหนังศีรษะ เพื่อรับสัญญาณชีวภาพ บอร์ด XIAO จะทำหน้าที่เป็น BLE HID Gamepad (จอยเกมไร้สายผ่าน Bluetooth Low Energy) และทำงานร่วมกับเซิร์ฟเวอร์โอเพนซอร์ส PiEEG

ด้านซอฟต์แวร์ โครงการนี้เป็นโอเพนซอร์ส โดยมี Arduino Sketches และโปรแกรม Python เผยแพร่บน GitHub, เอกสารด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เผยแพร่บนเว็บไซต์ PiEEG นอกจากนี้ยังสามารถทดลองใช้งานผ่านเดโมออนไลน์ได้ โดยไม่ต้องมีฮาร์ดแวร์จริง ด้วยอุปกรณ์เสมือน (Virtual Device) แบบ 8 ช่องสัญญาณ เพียงคลิกปุ่ม “Launch Demo” และในหน้านี้ยังมีลิงก์ไปยังเกมต่าง ๆ ที่รองรับการใช้งานร่วมกับระบบอีกด้วย

PiEEG Dashboard simulation — การจำลองแดชบอร์ด PiEEG

PiEEG ยังได้เผยแพร่วิดีโอสาธิตที่แสดงให้เห็นว่านักพัฒนาคนหนึ่งสามารถบังคับตัวละครให้ออกจากเขาวงกตได้ด้วยการใช้ความคิดเพียงอย่างเดียว ผ่านการตรวจจับสัญญาณสมอง แต่จากผลการสาธิตนี้อุปกรณ์ประเภทดังกล่าว ยังไม่น่าจะสามารถทดแทนเมาส์และคีย์บอร์ดได้ในเร็ว ๆ นี้ เนื่องจากแม้ระบบจะทำงานได้จริง แต่การควบคุมยังค่อนข้างยาก ต้องใช้ความพยายามและความแม่นยำในการสั่งงานพอสมควร

อีกวิดีโอหนึ่งจะแสดงขั้นตอนการเริ่มต้นใช้งาน Octopus 16

ที่ผ่านมาเราได้นำเสนอผลงานด้าน Brain-Computer Interface (BCI) ของ Ildar Rakhmatulin และ Youssef El Abbass มาอย่างต่อเนื่องตลอดหลายปีไม่ว่าจะเป็นชุดแล็ปท็อป PiEEG ที่ใช้ Raspberry Pi 5, PiEEG Shield สำหรับ Raspberry Pi และ ardEEG Shield สำหรับ Arduino UNO R4 WiFi โดย Octopus 16 ก็ใช้หลักการทำงานแบบเดียวกัน แต่ถือเป็นอุปกรณ์ที่มีขนาดกะทัดรัดที่สุดที่ทั้งสองพัฒนามาจนถึงปัจจุบัน

อุปกรณ์ยังมีราคาค่อนข้างสูง โดย Octopus 16 วางจำหน่ายบน Elecrow ในราคา $250 (~8,400฿) และผู้ใช้ยังต้องจัดหาบอร์ด XIAO ESP32-S3, แบตเตอรี่ รวมถึงสามารถพิมพ์ตัวเคสด้วยเครื่องพิมพ์ 3D ได้เอง

แปลจากบทความ : Play games with your brain signals using Octopus 16 wireless EEG device