智能石墨烯人工喉帮聋哑人“开口说话”

2017-05-08 09:27:08 作者：本网整理来源：石墨烯快讯分享至：

    石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体如我们经常使用的铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层的石墨烯。作为目前人类发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被形象地称为“黑金”“新材料之王”，有科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。

    近些年，石墨烯材料在医疗器材、新能源电池、航天军工等很多领域都有着广阔的前景。如今，清华大学微电子所长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者任天令教授课题组，通过对石墨烯材料的研究，研发了一种“智能石墨烯人工喉”，将让石墨烯帮助聋哑人“开口说话”，为聋哑人士的正常交流带来了福音，该研究成果具有重大产业化价值。

    喉咙的震动被石墨烯检测到，石墨烯就能知道聋哑人发出的是低吟还是尖叫，并将这种无意义的声音转变为频率、幅度可控的声音，也就是我们平时所谓的语言

    任天令教授介绍，这款“智能石墨烯人工喉”的研发创意为他所在的课题组首创。日前，该课题组在国际知名刊物《自然通讯》上发表了题为《具有声音感知能力的智能石墨烯人工喉》的研究论文，他们利用多孔石墨烯材料的优势，制造出一种收发同体、适合穿戴的集成声学器件。

    任天令教授表示，这款“石墨烯人工喉”的发声原理主要依靠石墨烯材料的热学特性和力学特性。基于热学特性，石墨烯可以利用热声效应发出声音；基于力学特性，声音作用于石墨烯上会引起石墨烯电阻的变化，因此石墨烯可以同时发出声音和接收声音，正是由于石墨烯的声音收发一体化特性，让帮助聋哑人发声成为现实。

    “因为聋哑人喉咙可以发出一些低吟、尖叫、咳嗽等声音，这些声音对正常人是没有意义的，但是在聋哑人发出这些声音的时候，喉咙会振动，而低吟和尖叫时，喉咙振动是不同的，喉咙的震动被石墨烯检测到，石墨烯就能知道聋哑人发出的是低吟还是尖叫，并将这种无意义的声音转变为频率、幅度可控的声音，也就是我们平时所谓的语言。”任天令教授进一步解释道。

    值得一提的是，这款“智能石墨烯人工喉”使用了多孔石墨烯材料，这种材料具有高热导率和低热容率的特点，能够通过热声效应发出100HZ至40KHZ的宽频谱声音。其多孔结构对压力也极为敏感，能够感知人发声时喉咙处的微弱振动。

    “智能石墨烯人工喉”具有超薄的结构，只需要贴到喉咙处即可工作，且具有良好的柔韧性和生物兼容性

    任教授说，如今这款“智能石墨烯人工喉”发出的是单频声音，即一个波段频率的声音。后续课题小组可预先录制语音信号，并使用这款“智能石墨烯人工喉”发出这些预先录制的语音信号，到那时，佩戴它的聋哑人所发出的声音就和普通人说话基本没有区别了。

    传统人工喉体量大、结构复杂，对于聋哑人士来说佩戴起来比较麻烦，这款“智能石墨烯人工喉”具有超薄的结构，只需要贴到喉咙处即可工作，且具有良好的柔韧性和生物兼容性。

    任天令教授表示，在研发这款“智能石墨烯人工喉”之前，他所在的课题组在声学方面的研究已有20多年的经验积累，结合石墨烯这种新材料，通过不断地实验探索，保证这款人工喉在发声和收声方面均有最优性能，才诞生了今天的成果。

    在采访的最后，他补充道：“目前我们还需要进行聋哑人的其他喉咙振动方式的研究，以及丰富聋哑人的语音库等工作，这款智能石墨烯人工喉的市场投入仍在继续推进。”