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使用智能可穿戴人工喉進(jìn)行無(wú)聲語(yǔ)音交互清華大學(xué)供圖

清華大學(xué)日前發(fā)布消息稱，該校集成電路學(xué)院教授任天令團(tuán)隊(duì)首次將石墨烯轉(zhuǎn)換成具有“收發(fā)一體”的可穿戴智能人工喉設(shè)備。這枚硬幣大小的“石墨烯人工喉”，能幫助語(yǔ)言障礙者重獲新“聲”。

據(jù)了解，在中國(guó)，每年有超過(guò)30萬(wàn)人由于意外或疾病手術(shù)而失去發(fā)聲能力。雖然目前有傳統(tǒng)人工喉可以使用，但除了成本大、消耗高，對(duì)于患者來(lái)說(shuō)也存在使用麻煩、體驗(yàn)感差、發(fā)音模糊等問(wèn)題。尤其是傳統(tǒng)人工喉的聲音是電子機(jī)器的聲音，在日常交流時(shí)不免顯得突兀冰冷。

據(jù)介紹，石墨烯是從石墨材料中剝離出來(lái)、由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體，具有極高的電子遷移率、優(yōu)秀的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)秀的導(dǎo)熱性，對(duì)低頻的肌肉運(yùn)動(dòng)、中頻食管振動(dòng)和高頻聲波信息有很高的靈敏度，同時(shí)也具有抗噪聲的語(yǔ)音感知能力。

2017年，任天令團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種基于石墨烯的收發(fā)同體的集成聲學(xué)器件：利用壓阻效應(yīng)來(lái)接收信號(hào)，并基于熱聲效應(yīng)發(fā)射聲音，從而巧妙地實(shí)現(xiàn)了單器件的聲音收發(fā)同體。在器件制備工藝上，采用獨(dú)特的激光直寫技術(shù)，能夠直接將成本低廉的大面積聚酰亞胺薄膜快速轉(zhuǎn)化為圖形化的多孔石墨烯材料。

石墨烯智能人工喉一方面具有高熱導(dǎo)率和低熱容率，能夠通過(guò)熱聲效應(yīng)發(fā)出100Hz-40kHz的寬頻譜聲音；另一方面能夠分辨低吟、尖叫、咳嗽、吞咽、點(diǎn)頭等動(dòng)作，并將這種“無(wú)含義聲音”轉(zhuǎn)換為頻率、強(qiáng)度可控的聲音，這帶來(lái)了聲學(xué)器件的“全新革命”。

已經(jīng)過(guò)數(shù)次更迭的新一代石墨烯人工喉，可以基本恢復(fù)患者的語(yǔ)言交流能力，識(shí)別一名喉切除術(shù)患者模糊說(shuō)出的日常詞匯，準(zhǔn)確率超過(guò)90%。甚至不同頻率的耳語(yǔ)，尖叫和咳嗽都可以被該設(shè)備記錄，編碼，并進(jìn)行分類，“解碼”出不同種類的聾啞人“語(yǔ)言”，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后，有望實(shí)現(xiàn)“吟詩(shī)作唱”的夢(mèng)想。

任天令表示，這是一款能夠讀懂人，代替人表達(dá)的一個(gè)智能芯片系統(tǒng)，也意味著一種新的交互方式。此項(xiàng)原創(chuàng)性研究性成果是我國(guó)在智能器件領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新。目前，該器件正在與聲紋識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)結(jié)合，之后將在語(yǔ)音識(shí)別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景。

據(jù)悉，此項(xiàng)原創(chuàng)性研究性成果是我國(guó)在智能器件領(lǐng)域的重要?jiǎng)?chuàng)新。面向世界科技前沿、面向國(guó)家社會(huì)需求、面向人民生命健康，率先研發(fā)石墨烯人工喉聲學(xué)器件，率先實(shí)現(xiàn)可穿戴人工喉技術(shù)跨越發(fā)展。

談及未來(lái)應(yīng)用，任天令表示，多年的研究工作積累讓“人工喉”的產(chǎn)品化、量產(chǎn)化很有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)不同需求情況，多領(lǐng)域、多學(xué)科深度合作，形成更高層面的智能系統(tǒng)。目前，該器件正在與聲紋識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)結(jié)合，之后將在語(yǔ)音識(shí)別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景。“這在技術(shù)上已沒有難以逾越的障礙?！比翁炝畋硎?。(記者 高凱)