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迷你声学传感器的“大”应用

导读: 科学家们研制出了一款可佩戴小型声学传感器,或将应用于心脏健康监测和语音识别。

科学家们研制出了一款可佩戴小型声学传感器,或将应用于心脏健康监测和语音识别。

图片来源:西北大学(NorthwesternUniversity)/科罗拉多大学博尔德分校(University of ColoradoBoulder)

研究人员发布了一种柔软的声学传感器,它能像标签一样贴在皮肤上,用于监测心率和识别语音。据介绍,它未来的应用领域还包括诊断身体状况,以及在没有遥控器等手持设备的情况下操控机器人或玩电子游戏。

该研究负责人,伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校(University of Illinoisat Urbana-Champaign)材料学家HowardYu Hao Liu介绍,在此之前捕捉人体内声波振动的唯一方式就是听诊器,它们往往体积较大且不能变形,既难以携带,又无法获得完整的声波信号。

相比而言,新设备采用低能耗的小型商用MEMS加速度传感器,外部用具有粘性的弹性体硅胶包裹。这些传感器能感应振动频率范围在0.5至550赫兹之内的声波——这已经涵盖了人体主要器官发出的声波频率。它们通过具有伸缩性的铜质导线连接扩音器、电阻器和电容器。

上述研究的具体内容于2016年11月16日发表在《科学进展》(ScienceAdvances)杂志上。

新设备的尺寸和创可贴相近,仅20毫米长,重约213.6毫克,并且能够弯曲和伸缩,以适应身体活动部位,如颈部。同时硅胶并不会妨碍皮肤排汗透气。

实验表明该设备能够同时捕捉多种声音信号的连续信息——包括心脏瓣膜的开合、血液流经颈动脉时的律动、声带的振动、甚至胃肠道的蠕动。

科学家在亚利桑那州图森市(Tucson,Arizona)一家名为Camp Lowell Cardiology的私立诊所以老年志愿者为对象进行了测试,结果表明新设备能监测心脏杂音。在针对民用心室辅助装置(用于增强心脏供血能力)的实验中还发现,该设备还能检测致命性血栓。

Liu表示:“它可以贴在咽喉部位,作为人-机交互界面,向计算机输入语音命令,用于操纵机器人或玩电子游戏。”例如志愿者通过说出“上”、“下”、“左”、“右”的命令来操控“吃豆人”(Pac-Man,一款电子游戏),其语音识别准确率达90%。研究人员还介绍说,该设备可服务于患有言语障碍的病人、作战的士兵、以及灾难中求救的难民等等。

论文合著者,科罗拉多大学博尔德分校(University of Coloradoat Boulder)电子工程师Jae-Woong Jeong表示,新设备还内置了记录人体电信号的电极。它们有助于监测心脏与起搏器的工作状况。

然而传感器目前依赖于电线传输数据。Jeong解释道:“我们希望通过无线化使它更加实用。”他们的目标是将该设备的识别范围扩展到2000赫兹,包含人类语音的所有频率,从而能够替代麦克风。

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