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使用智能可穿戴人工喉進行無聲語音交互清華大學供圖

清華大學日前發(fā)布消息稱，該校集成電路學院教授任天令團隊首次將石墨烯轉(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”，能幫助語言障礙者重獲新“聲”。

據(jù)了解，在中國，每年有超過30萬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，對于患者來說也存在使用麻煩、體驗感差、發(fā)音模糊等問題。尤其是傳統(tǒng)人工喉的聲音是電子機器的聲音，在日常交流時不免顯得突兀冰冷。

據(jù)介紹，石墨烯是從石墨材料中剝離出來、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)秀的機械強度、優(yōu)秀的導熱性，對低頻的肌肉運動、中頻食管振動和高頻聲波信息有很高的靈敏度，同時也具有抗噪聲的語音感知能力。

2017年，任天令團隊創(chuàng)新性地提出了一種基于石墨烯的收發(fā)同體的集成聲學器件：利用壓阻效應來接收信號，并基于熱聲效應發(fā)射聲音，從而巧妙地實現(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率和低熱容率，能夠通過熱聲效應發(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、點頭等動作，并將這種“無含義聲音”轉(zhuǎn)換為頻率、強度可控的聲音，這帶來了聲學器件的“全新革命”。

已經(jīng)過數(shù)次更迭的新一代石墨烯人工喉，可以基本恢復患者的語言交流能力，識別一名喉切除術(shù)患者模糊說出的日常詞匯，準確率超過90%。甚至不同頻率的耳語，尖叫和咳嗽都可以被該設(shè)備記錄，編碼，并進行分類，“解碼”出不同種類的聾啞人“語言”，經(jīng)過訓練后，有望實現(xiàn)“吟詩作唱”的夢想。

任天令表示，這是一款能夠讀懂人，代替人表達的一個智能芯片系統(tǒng)，也意味著一種新的交互方式。此項原創(chuàng)性研究性成果是我國在智能器件領(lǐng)域的重要創(chuàng)新。目前，該器件正在與聲紋識別、機器學習等技術(shù)結(jié)合，之后將在語音識別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景。

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

談及未來應用，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)化很有機會實現(xiàn)，并根據(jù)不同需求情況，多領(lǐng)域、多學科深度合作，形成更高層面的智能系統(tǒng)。目前，該器件正在與聲紋識別、機器學習等技術(shù)結(jié)合，之后將在語音識別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景?！斑@在技術(shù)上已沒有難以逾越的障礙?！比翁炝畋硎尽?記者 高凱)