[00319148]人工智能喉

1 成果简介

据不完全统计，我国听力语言残疾居视力残疾、肢残、智残等五大残疾之首。目前我国聋哑人数已经达到 2057 万人，占中国人口总数的 1.67%。因此，如何帮助聋哑人发声，让聋哑人和正常人一样说话，成为了一个具有挑战性的课题。课题组从 2004 年开始从事石墨烯新型传感器的研究工作，在清华大学基础研究基金，教育部科技重点项目，教育部清华大学自主研究项目等项目的资助下，掌握了多种传感器的制备工艺，于 2017 创新性开发出第一代石墨烯人工智能喉，利用多孔石墨烯的优势，制造出一种收发同体，适合穿戴的集成声学器件，有望在未来解决聋哑人的说话难题。这种集成声学器件，利用石墨烯的热声效应来发射声音，利用石墨烯的压阻效应来接收声音，实现了单器件的声音收发同体。器件使用的多孔石墨烯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 100 Hz-40 kHz 的宽频谱声音。其多孔结构对压力也极为敏感，能够感知发声时喉咙处的微弱振动，可以通过压阻效应接收声音信号。因此，这种器件能够准确感知聋哑人低吟、尖叫等特殊声音，并将这种“无含义声音”转换为频率、强度可控的声音，有望在将来转换为预先录制的语言。由于第一代石墨烯人工喉衬底不具备自贴附性，发声信号简单等，经进一步优化提升，制备出了第二代石墨烯人工喉。首先对器件衬底进行了优化，通过采用水转纸衬底实现了器件柔性自贴附，提高了测试灵敏度。其次，对不同的喉部运动进行了区分，通过喉结运动和声带振动分别采集到了低频和高频信号，可根据需要进行筛选保留。通过自制电路板的连接，首次将收声系统和发声系统相连，实现了声学信号的完整传输。在之后的研究中，将会加入蓝牙模块、语音识别、柔性电路等技术，使石墨烯人工喉更加智能、微型、多功能化，有望实现轻便易携的“创可贴”式人工喉。

2 应用说明

当第一代人工喉佩戴者大声发出低吟时，人工喉会感知喉咙振动状态并发出预先设定的声音，当佩戴者变换低吟的长短、声调时，人工喉发出的声音也会随之对应发生明显变化。“解码”之前，需要聋哑人根据自己的发声特点，将不同强度和不同频率的低吟、尖叫音进行排列组合，形成聋哑人的“语言编码”。“‘编码’后的每个聋哑人发音，就像键盘上的字母键，只需要用不同排列组合，就能表达出聋哑人连续的、完整的语义。这就把我们常人听不懂的聋哑人低吟音转化成为正常的语言，并且可以连续表达。”第一代智能石墨烯人工喉除了能够辨别不同音调，还能根据声音强弱、尖叫、咳嗽等声音震动，“解码”出不同种类的聋哑人“语言”，同时能够实现音节和音调的排列组合，让聋哑人说出更丰富的句子。用户佩戴第二代石墨烯人工喉系统后可通过示波器实时观测喉部运动信号。石墨烯器件通过与单片机、解码器相连，首次实现了动作发声模式，佩戴用户可通过不同的喉部动作控制第二代石墨烯人工喉发出“OK”和“NO”的声音，与他人实现简单的交流。最后，第二代石墨烯人工喉发声系统可发出任意语音甚至音乐，实现了发声的多样性。

3 效益分析

目前，市场上的帮助聋哑人发声的产品尚不成熟，产品的质量差异太大，而目前聋哑人人数比较多，市场需求量大。石墨烯人工智能喉因为其成本低，灵敏度高等优点，具有较大

的推广空间和推广优势。本产品成本低，灵敏度高，生产快速，与人体的贴合性好，无污染，无危害，可以长期稳定使用，具有明显的经济和技术优势。

4 合作方式

联合推广。

5 所属行业领域

生物医药医疗。