可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統(tǒng)
01. 成果簡介 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用至系統(tǒng)級應用的跨越。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”。圖1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統(tǒng)02. 應用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收聲和發(fā)聲于一體,可直接貼附于失語者喉部,并將喉部的不同動作轉(zhuǎn)化為對應聲音,有望幫助失語者正常與他人“交談”。在未來,該器件將與聲紋識別、機器學習等技術結(jié)合,在語音識別、家庭醫(yī)療等領域具有廣闊前景。03. 知識產(chǎn)權(quán) 已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)2項。04. 團隊介紹 本成果項目團隊負責人為任天令教授,清華大學信息科學技術學院副院長,教育部長江學者特聘教授,國家杰出青年基金獲得者,清華大學環(huán)境與健康傳感技術研究中心副主任。擔任IEEE電子器件學會副主席(中國大陸首次)、國際微電子領域頂級學術會議IEDM執(zhí)委(中國大陸首次)、IEEE電子器件學會教育委員會主席(中國大陸首次)、中國微米納米技術學會理事等。近年來,承擔國家自然科學重點基金、國家重大科技專項、國家公益性行業(yè)科研專項、國家重大儀器專項、國家863計劃、國家973計劃等多項國家重要科技項目,做出一系列具有重要國際影響的創(chuàng)新學術成果。主要研究方向為智能微納電子器件、芯片與系統(tǒng),包括:智能傳感器與智能集成系統(tǒng),二維納電子器件與芯片,柔性、可穿戴器件與系統(tǒng),智能信息器件與系統(tǒng)技術等。在國內(nèi)外重要學術期刊和會議發(fā)表重要SCI期刊論文400余篇,國際微電子領域頂級學術會議IEDM論文11篇;獲國內(nèi)外發(fā)明專利70余項,入選2018年愛思唯爾(Elsevier)“中國高被引學者”(微電子領域唯一入選者)。獲2018年電子學會自然科學一等獎,“石墨烯智能人工喉”榮獲科技導報評選的2017“中國十大重大技術進展”,“人工智能微納電子器件”榮獲2017“清華大學十大重大學術成果”,石墨烯“人工喉”在2018年全國科技活動周被評為“最受公眾喜愛項目”,還入選2018年中國國際智能產(chǎn)業(yè)博覽會十大“黑科技”創(chuàng)新產(chǎn)品(從1082項創(chuàng)新產(chǎn)品中脫穎而出)。團隊成員有副教授、助理教授、助理研究員等7人。05. 合作方式 技術許可。06. 聯(lián)系方式 郵箱:[email protected]、[email protected]
清華大學
2021-04-13