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智能石墨烯人工喉幫聾啞人“開口說話”

2017-05-08 09:27:08 作者：本網(wǎng)整理來源：石墨烯快訊分享至：

    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如我們經(jīng)常使用的鉛筆在紙上輕輕劃過，留下的痕跡就可能是幾層甚至僅僅一層的石墨烯。作為目前人類發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被形象地稱為“黑金”“新材料之王”，有科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。

    近些年，石墨烯材料在醫(yī)療器材、新能源電池、航天軍工等很多領(lǐng)域都有著廣闊的前景。如今，清華大學(xué)微電子所長江學(xué)者特聘教授、國家杰出青年基金獲得者任天令教授課題組，通過對石墨烯材料的研究，研發(fā)了一種“智能石墨烯人工喉”，將讓石墨烯幫助聾啞人“開口說話”，為聾啞人士的正常交流帶來了福音，該研究成果具有重大產(chǎn)業(yè)化價值。

    喉嚨的震動被石墨烯檢測到，石墨烯就能知道聾啞人發(fā)出的是低吟還是尖叫，并將這種無意義的聲音轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率、幅度可控的聲音，也就是我們平時所謂的語言

    任天令教授介紹，這款“智能石墨烯人工喉”的研發(fā)創(chuàng)意為他所在的課題組首創(chuàng)。日前，該課題組在國際知名刊物《自然通訊》上發(fā)表了題為《具有聲音感知能力的智能石墨烯人工喉》的研究論文，他們利用多孔石墨烯材料的優(yōu)勢，制造出一種收發(fā)同體、適合穿戴的集成聲學(xué)器件。

    任天令教授表示，這款“石墨烯人工喉”的發(fā)聲原理主要依靠石墨烯材料的熱學(xué)特性和力學(xué)特性。基于熱學(xué)特性，石墨烯可以利用熱聲效應(yīng)發(fā)出聲音；基于力學(xué)特性，聲音作用于石墨烯上會引起石墨烯電阻的變化，因此石墨烯可以同時發(fā)出聲音和接收聲音，正是由于石墨烯的聲音收發(fā)一體化特性，讓幫助聾啞人發(fā)聲成為現(xiàn)實。

    “因為聾啞人喉嚨可以發(fā)出一些低吟、尖叫、咳嗽等聲音，這些聲音對正常人是沒有意義的，但是在聾啞人發(fā)出這些聲音的時候，喉嚨會振動，而低吟和尖叫時，喉嚨振動是不同的，喉嚨的震動被石墨烯檢測到，石墨烯就能知道聾啞人發(fā)出的是低吟還是尖叫，并將這種無意義的聲音轉(zhuǎn)變?yōu)轭l率、幅度可控的聲音，也就是我們平時所謂的語言。”任天令教授進一步解釋道。

    值得一提的是，這款“智能石墨烯人工喉”使用了多孔石墨烯材料，這種材料具有高熱導(dǎo)率和低熱容率的特點，能夠通過熱聲效應(yīng)發(fā)出100HZ至40KHZ的寬頻譜聲音。其多孔結(jié)構(gòu)對壓力也極為敏感，能夠感知人發(fā)聲時喉嚨處的微弱振動。

    “智能石墨烯人工喉”具有超薄的結(jié)構(gòu)，只需要貼到喉嚨處即可工作，且具有良好的柔韌性和生物兼容性

    任教授說，如今這款“智能石墨烯人工喉”發(fā)出的是單頻聲音，即一個波段頻率的聲音。后續(xù)課題小組可預(yù)先錄制語音信號，并使用這款“智能石墨烯人工喉”發(fā)出這些預(yù)先錄制的語音信號，到那時，佩戴它的聾啞人所發(fā)出的聲音就和普通人說話基本沒有區(qū)別了。

    傳統(tǒng)人工喉體量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對于聾啞人士來說佩戴起來比較麻煩，這款“智能石墨烯人工喉”具有超薄的結(jié)構(gòu)，只需要貼到喉嚨處即可工作，且具有良好的柔韌性和生物兼容性。

    任天令教授表示，在研發(fā)這款“智能石墨烯人工喉”之前，他所在的課題組在聲學(xué)方面的研究已有20多年的經(jīng)驗積累，結(jié)合石墨烯這種新材料，通過不斷地實驗探索，保證這款人工喉在發(fā)聲和收聲方面均有最優(yōu)性能，才誕生了今天的成果。

    在采訪的最后，他補充道：“目前我們還需要進行聾啞人的其他喉嚨振動方式的研究，以及豐富聾啞人的語音庫等工作，這款智能石墨烯人工喉的市場投入仍在繼續(xù)推進。”