清華大學團隊研發麵部應變傳感器可為幫助聲帶損傷者進行口頭交流
雖然缺乏語言能力的人可以得到一些幫助,但與他人進行口頭交流仍然是一種挑戰。一種新的佩戴式應變傳感器可以提供幫助,因為它能夠”讀懂”佩戴者默默說出的話。由清華大學開發的這種靈活的、可拉伸的傳感器採用了一種薄彈性體基底的形式,上面疊有兩層碳納米纖維膜。多個這樣的傳感器被暫時粘附在用戶的嘴唇和下巴周圍的皮膚上。
一層膜中的納米纖維相互平行排列,使它們對底層皮膚的最小振動也能高度敏感。然而,僅包含以這種方式排列的納米纖維的應變傳感器在被大量拉伸時通常表現不佳,因為它們的導電性會相應下降。
出於這個原因,另一個膜中的碳納米纖維是隨機排列的。儘管它們不像平行排列的納米纖維那樣敏感,但即使在膜被拉伸到最大極限時,它們仍然可以發揮作用,因為它們保持著自己的導電性。因此,通過結合高靈敏度和寬廣的工作範圍,清華大學的傳感器據稱比類似的實驗裝置更出色。
在一個概念驗證的練習中,幾個傳感器被應用到志願者的臉上,然後連接到Arduino微型計算機和一個揚聲器。Arduino上的一個基於機器學習的算法能夠根據佩戴者的嘴部運動產生的張力,準確地識別出他們默念的不同語音。然後,這些聲音通過揚聲器進行合成轉播。
此外,傳感器還能夠準確測量測試對象的面部表情、眼球運動和脈搏。也就是說,這項技術在適合現實世界的日常使用之前還需要進一步開發。
首席科學家Peng Bi說:”我們將建立出唇語識別系統的應用場景,並改善佩戴的舒適性和便攜性。我們希望這樣的可穿戴設備能夠成為聲帶損傷患者的第二張嘴,並減輕這種類型的損傷對某人日常生活的影響。”
有關這項研究的論文最近發表在《納米研究》雜誌上。
Peng的團隊並不是唯一一個開發可穿戴式無聲語言閱讀系統的小組。康奈爾大學的Speechin項鍊通過一個朝上的攝像頭完成這項工作,而紐約水牛城大學的EarCommand技術使用的是一種監測耳道變形的耳塞。