让失声者重获新“声”，清华团队成功研发可穿戴“人工喉”

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使用智能可穿戴人工喉进行无声语音交互。清华大学供图

中国青年报客户端北京3月30日电（中青报·中青网记者 叶雨婷 通讯员 彭文）一枚硬币大小的石墨烯片就能帮助语言障碍者重获新“声”。今天记者从清华大学获悉，清华大学集成电路学院任天令教授团队第一次将被称为“黑金”的石墨烯转换成具有“收发一体”的可穿戴智能人工喉设备。该成果发表在《自然》杂志人工智能子刊《自然·机器智能》上。

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，具有极高的电子迁移率、优秀的机械强度、优秀的导热性，对低频的肌肉运动、中频食管振动和高频声波信息有很高的灵敏度，同时也具有抗噪声的语音感知能力。

2017年，任天令团队创新性地提出了一种基于石墨烯的收发同体的集成声学器件：利用压阻效应来接收信号，并基于热声效应发射声音，从而巧妙地实现了单器件的声音收发同体。在器件制备工艺上，团队采用独特的激光直写技术，能够直接将成本低廉的大面积聚酰亚胺薄膜快速转化为图形化的多孔石墨烯材料。

石墨烯智能人工喉一方面具有高热导率和低热容率，能够通过热声效应发出100Hz-40kHz的宽频谱声音；另一方面能够分辨低吟、尖叫、咳嗽、吞咽、点头等动作，并将这种“无含义声音”转换为频率、强度可控的声音，这无疑带来了声学器件的“全新革命”。

团队在不断迭代时，研发出体积更小及功能更多的集成“人工喉”。这种膜片通过导线与一个仅2平方厘米大小的微控制器相连，后者可以放在口袋里，配有一个纽扣大小的电池，简单又便捷。

据悉，新一代石墨烯人工喉可以基本恢复患者的语言交流能力，识别一名喉切除术患者模糊说出的日常词汇，准确率超过90%。甚至不同频率的耳语，尖叫和咳嗽都可以被该设备记录，编码，并进行分类，“解码”出不同种类的聋哑人“语言”，经过训练后，有望实现“吟诗作唱”的梦想。

“这是一款能够读懂人、代替人表达的智能芯片系统，” 任天令介绍，“也意味着一种新的交互方式。”

谈及未来应用，任天令表示，多年的研究工作积累让“人工喉”的产品化、量产化很有机会实现，并根据不同需求情况，多领域、多学科深度合作，形成更高层面的智能系统。目前，该器件正在与声纹识别、机器学习等技术结合，之后将在语音识别、家庭医疗等领域具有广阔前景。“这在技术上已没有难以逾越的障碍。”任天令表示。

来源：中国青年报客户端