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苍蝇听觉灵感打造新一代的智能免电池助听器
时间:2014/10/8 10:28:08 阅读次数:1178

      从一只苍蝇听觉而来的灵感,启发研究人员们开发出一款全新的低功耗麦克风组件,可望为打造新一代的智能免电池助听器而铺路。
      美国德州大学(UT)奥斯汀分校库克瑞尔工程学院(Cockerell School of Engineering)的研究人员们利用一种黄色的寄生型苍蝇(Ormia ochracea)所具有的特殊听觉结构,开发出一种全新的助听器,它能够只强调配戴者想听到的声音。

      这种寄生蝇拥有独特的声音处理机制能够在2度范围内确定声音的方向,因而准确地定位出一只鸣叫中的蟋蟀位置。

      由于声音的速度限制以及人类两耳之间存在距离,一般来说,人类和其他哺乳动物能够定位出声音的来源,主导这项研究的Cockerell工程学院电子与计算机工程系副教授Neal Hall表示。

      “当人们依据声音寻找某一事件时,利用的就是声音的有限速度,”他解释说,“声音只是以有限速度在空气中移动的压力波。当你走在街道上时,如果附近的汽车传出喇叭声,你就会知道该朝哪个方向转过去,因为声音到达你其中一只耳朵的速度比到达另一只耳朵的速度更快一些。在潜意识中,你的大脑利用这些数据来辨识声音来源的方向。”


      图中显示研究人员们经由这种寄生蝇的声音处理机制启发,开发出一款低功耗的麦克风组件。德州大学奥斯汀分校Cockerell工程学院的研究人员们开发出这种能够用来开发免电池助听器的微型组件。这种新式助听器能让配戴者锁定自已有兴趣的声音,阻挡掉环境噪音。(来源:University of Texas Austin)

      研究团队观察这种特殊类型的寄生苍蝇拥有不同的声音经验,Hall说,由于苍蝇的特殊听觉结构,使其声音以一种跷跷板的方式相移。这放大了时间延迟,并且让寄生蝇能够比其他昆虫或动物更准确地定位声音来源。

      “利用这种跷跷板原理,寄生蝇能机械性地处理一些很小的差异,”他说:“跨越跷跷板的声压差异使其进入摇摆运动,就好像不同重量的孩子坐在跷跷板两端上下摇一样。”

      利用这种结构作为模型,德州大学奥斯汀分校的研究团队们以硅晶打造出一款2mm宽的麦克风组件,几乎就像是寄生蝇的听觉器官一样。该组件是由可挠性光束和压电材料构成,利用压电材料让研究团队能同时测量光束的挠曲与旋转。这些动作使其得以复制寄生蝇的听觉。

      Neal指出,虽然过去也已经打造出类似的组件,但利用压电材料却是十分独特的作法,让该组件得以透过将机械压力转变为电讯号,从而以非常低的功耗作业。

      这种低功耗特性可使其用于开发无需电池的新一代助听器。目前助听器的配戴者都必须经常为装置更换电池,不仅造成更多成本,同时也可能影响助听器的稳定性能。

      该装置让用户听到声音的方式还可能为助听器带来另一项优势。Hall强调,因为它可以阻挡掉一些人们并不一定想听到的噪声。

      “除了定位声音以外,寄生蝇还教我们一些让小型麦克风内建方向性的技巧,”他说,“这是在某些情况下非常有用。例如助听器配戴者常常觉得在具有较高噪声背景的环境下(如餐厅)很难听的清楚。为了听清楚感兴趣的声音而调高音量,也会使室内的所有声音跟着放大。透过这种只能听到某一感兴趣声音方向、同时又能滤除背景噪声的麦克风组件,能够增强了解用户感兴趣的能力。”

      该组件还适于军事与国防应用,打造出能让士兵在黑暗中准确定位出声音来源的装置,尤其是在缺少视力辅助的情况。事实上,美国国防部先进研究计划署(DARPA)已为Hall的研究提供赞助。

      为了开发出这种麦克风组件,Hall及其研究团队计划进行数年的研究,着重于增加频率范围以便涵盖完整的音频频宽。当然这款组件还需要进一步的设计,才能适用于消费品的封装与处理。


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