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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換成具有“收發(fā)一體”的可穿戴智能人工喉設備。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”。

據了解，在中國，每年有超過30萬人由于意外或疾病手術而失去發(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，能夠直接將成本低廉的大面積聚酰亞胺薄膜快速轉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”。

已經過數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備記錄，編碼，并進行分類，“解碼”出不同種類的聾啞人“語言”，經過訓練后，有望實現“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、機器學習等技術結合，之后將在語音識別、家庭醫(yī)療等領域具有廣闊前景。

據悉，此項原創(chuàng)性研究性成果是我國在智能器件領域的重要創(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，率先實現可穿戴人工喉技術跨越發(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”的產品化、量產化很有機會實現，并根據不同需求情況，多領域、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、機器學習等技術結合，之后將在語音識別、家庭醫(yī)療等領域具有廣闊前景?！斑@在技術上已沒有難以逾越的障礙?！比翁炝畋硎?。(記者 高凱)