讓失聲者重獲新“聲”，清華團隊成功研發可穿戴“人工喉”

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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

中國青年報客戶端北京3月30日電（中青報·中青網記者 葉雨婷 通訊員 彭文）一枚硬幣大小的石墨烯片就能幫助語言障礙者重獲新“聲”。今天記者從清華大學獲悉，清華大學集成電路學院任天令教授團隊第一次將被稱為“黑金”的石墨烯轉換成具有“收發一體”的可穿戴智能人工喉設備。該成果發表在《自然》雜志人工智能子刊《自然·機器智能》上。

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、優秀的機械強度、優秀的導熱性，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，任天令團隊創新性地提出了一種基于石墨烯的收發同體的集成聲學器件：利用壓阻效應來接收信號，并基于熱聲效應發射聲音，從而巧妙地實現了單器件的聲音收發同體。在器件制備工藝上，團隊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，這無疑帶來了聲學器件的“全新革命”。

團隊在不斷迭代時，研發出體積更小及功能更多的集成“人工喉”。這種膜片通過導線與一個僅2平方厘米大小的微控制器相連，后者可以放在口袋里，配有一個紐扣大小的電池，簡單又便捷。

據悉，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。

“這是一款能夠讀懂人、代替人表達的智能芯片系統，” 任天令介紹，“也意味著一種新的交互方式?！?/p>

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。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。”任天令表示。

來源：中國青年報客戶端