健康一線（vodjk.com）訊：近日，清華大學(xué)信息學(xué)院院長(zhǎng)助理、長(zhǎng)江學(xué)者任天令教授課題組發(fā)明出一種具有聲音感知能力的智能石墨烯人工喉。

一般的聲學(xué)器件或信息系統(tǒng)功能單一、有所限制，通常工作在可聽域（20Hz—20kHz）的傳統(tǒng)發(fā)聲與收聲器件是分立器件，單器件無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)聲與收聲。此外，傳統(tǒng)聲學(xué)器件基于硬的材質(zhì)，非柔性，不適于作為可穿戴設(shè)備使用。也就是說，如果能有一種材料可以兼顧三種功能：感知聲音、發(fā)出聲音，以及具有柔性，那么就可以形成理想的“收發(fā)一體”的集成聲學(xué)器件，實(shí)現(xiàn)柔性電子信息系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)室，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯這種材料可以滿足需求。

在研究中，將少數(shù)幾個(gè)單層的石墨烯薄膜疊加組合在一起，形成一定的結(jié)構(gòu)，可使其比單層石墨烯有更加豐富的性能表現(xiàn)?；谑┑臒崧曅?yīng)發(fā)射聲音，并利用石墨烯微結(jié)構(gòu)的壓阻效應(yīng)來接收聲音，巧妙達(dá)到單器件聲音收發(fā)同體效果。具體操作是：采用獨(dú)特的激光直寫技術(shù)工藝，制備出多孔的石墨烯材料，一方面，其具有高熱導(dǎo)率和低熱容率，通過熱聲效應(yīng)發(fā)出100Hz—40kHz的寬頻譜聲音；另一方面，石墨烯多孔微結(jié)構(gòu)材料對(duì)壓力極為敏感，能夠感知喉嚨發(fā)聲時(shí)的微弱振動(dòng)，通過壓阻效應(yīng)接收聲音信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)單器件聲音收發(fā)一體化集成。

人工喉可以檢測(cè)到人喉嚨的振動(dòng)行為，包括低吟、尖叫等，不同人的喉嚨振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生不同的阻值變化響應(yīng)。處理電路會(huì)對(duì)阻值變化進(jìn)行分析，判斷喉嚨振動(dòng)屬于哪一種模式，并針對(duì)性地發(fā)出頻率可控之聲。例如，聾啞人發(fā)出高音量的“啊”，低音量的“啊”和拖長(zhǎng)音的“啊”，而這每一種“啊”分別對(duì)應(yīng)了一個(gè)高音量10kHz、低音量10kHz和低音量5kHz的聲音。當(dāng)聾啞人發(fā)出其中一個(gè)聲音時(shí)，電路會(huì)判斷聾啞人發(fā)出了哪種“啊”，從而實(shí)現(xiàn)了無含義的“啊”轉(zhuǎn)變成頻率、強(qiáng)度可控的聲音。

基于新型器件感知聾啞人的低吟等特殊聲音，將這種“無含義聲音”轉(zhuǎn)換為頻率、強(qiáng)度可控的聲音，從而有望未來幫助聾啞人“開口說話”。研究人員計(jì)劃把這些10kHz或5khz的單頻率聲音替換為提前錄制好的聲音，比如“你好”等，就可以在聾啞人發(fā)出一個(gè)“啊”時(shí)，“人工喉”相應(yīng)地自動(dòng)發(fā)出“你好”。但這需要設(shè)計(jì)其專用處理電路，后續(xù)將會(huì)繼續(xù)開展相關(guān)工作。

此外，借用人工喉的方法，可把動(dòng)物的語言轉(zhuǎn)換成一種相同話語，讓人類聽得懂。反之，也可以。也就是說，人有可能聽懂自己的寵物如貓或狗的心思，與各種鳥兒“嘮嘮嗑”，意味著人類或可與整個(gè)動(dòng)物世界對(duì)話。

研究人員稱，未來“人工喉”有兩種應(yīng)用形式，一是將其嵌入到人身體里，當(dāng)然這比較麻煩些；二是在人體外部以可穿戴式的形態(tài)出現(xiàn)，如目前做成像透明膏藥一樣貼在嗓子部位，其內(nèi)有個(gè)信息處理系統(tǒng)，也可能通過有線或無線的方式連接另外的外圍電子系統(tǒng)，這種形態(tài)更為現(xiàn)實(shí)。

“人工喉”的產(chǎn)品化是有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)的，這在技術(shù)上已沒有難以逾越的障礙。未來只要是創(chuàng)新研究、工程化及產(chǎn)業(yè)界之間更加密切地銜接和配合，將會(huì)很好地加速這種研發(fā)成果的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程。