可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統(tǒng)
世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者,其中有的是由于先天缺陷導(dǎo)致其存在語言功能障礙,也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能,語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復(fù)方法,其通常需要安裝在口內(nèi)喉部,由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制,引起人工喉膜片振動,使其發(fā)出語音信號。然而,現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音,發(fā)音模糊,訓(xùn)練周期長,并且需要患者自己手持助音器于喉部,造成極大不便,所以亟需便于失語者攜帶、操作簡單、性能優(yōu)異的新型人工喉的器件及系統(tǒng)研究。 本成果團(tuán)隊研究的第二代石墨烯智能人工喉(WAGT)在器件柔性可貼附、聲音收發(fā)系統(tǒng)集成、動作監(jiān)測系統(tǒng)、輕型可穿戴等方面有了重大突破。首先,第二代石墨烯人工喉采用了更貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底,無需膠帶粘貼,可直接貼敷在人體喉嚨,極大地提高了佩戴舒適感;其次,第二代石墨烯智能人工喉在收發(fā)聲系統(tǒng)方面有了雙重突破,實現(xiàn)了石墨烯的器件級應(yīng)用至系統(tǒng)級應(yīng)用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉(zhuǎn)換,第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統(tǒng)和發(fā)聲系統(tǒng)連接起來,實現(xiàn)了聲音輸入到輸出的閉環(huán),并可以通過示波器實時觀測喉部運動情況。接著,通過與單片機(jī)的結(jié)合,該器件可以將人體喉部的不同動作“翻譯”成不同的聲音,實現(xiàn)了動作發(fā)聲系統(tǒng)。通過連接解碼器,該器件還可以播放任意音樂。最后,第二代石墨烯智能人工喉系統(tǒng)可通過臂包穿戴在胳膊上,首次實現(xiàn)了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進(jìn)行體積更小及功能更多的集成,有望實現(xiàn)像“創(chuàng)可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。
清華大學(xué)
2021-02-01