原文標(biāo)題：《清華可穿戴智能喉登 Nature 子刊，實(shí)測(cè)準(zhǔn)確率 90%+，網(wǎng)友：@李雪健老師》

將一塊僅硬幣大小的圓片，貼在喉嚨處，嗓子有問(wèn)題的人就可以重獲新“聲”了。

這是清華大學(xué)發(fā)表在 Nature 子刊上的最新研究成果，一個(gè)用石墨烯材料做成的可穿戴喉嚨。

它可以準(zhǔn)確識(shí)別到佩戴者喉嚨處的細(xì)微振動(dòng)以及模糊的話語(yǔ)，然后將之合成為正常的語(yǔ)音，平均識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá) 99.05%。

據(jù)稱，這款設(shè)備在噪音非常大的地方也好使。

如此一來(lái)，那些不能正常發(fā)聲的人，包括喉切除患者、臨時(shí)嗓子發(fā)炎者、長(zhǎng)時(shí)間講課的老師、在嘈雜環(huán)境工作但需要交流的人等，都有救了。

當(dāng)然，還有不少人直接 cue 起了李雪健老師。

清華可穿戴智能喉，患者實(shí)測(cè)準(zhǔn)確率 91%

要說(shuō)幫喉嚨有問(wèn)題的人解決交流問(wèn)題，科學(xué)家早就在研究了。

不過(guò)此前的一些方案由于帶有一系列外設(shè)或者多通道電極，通常具有侵入性且不夠便攜。

要解決這倆問(wèn)題，需要感應(yīng)器足夠靈敏且小巧，在外部就能使用。

還需要足夠貼合皮膚。

因?yàn)槔碚撋希聿康恼駝?dòng)反映的是聲帶以及相關(guān)肌肉群的運(yùn)動(dòng)。

一些聲帶發(fā)聲有障礙的人，可能會(huì)訓(xùn)練食管發(fā)聲，因此，需要柔性傳感器來(lái)保持對(duì)皮膚的貼合從而照顧到這一部位。

好在，有這么一種東西可以滿足這些需要。

它就是用柔性激光直寫(xiě)（laser-scribed）石墨烯（LSG）制成的機(jī)械傳感器，專門(mén)用于身體表面。

不過(guò)，由于不確定這種設(shè)備對(duì)低頻肌肉運(yùn)動(dòng)和傳遞到皮膚表面的聲音振動(dòng)是否敏感，作者團(tuán)隊(duì)對(duì)它的蜂窩狀微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。

最終，它可以做到在 > 1000 次的彎曲測(cè)試后仍表現(xiàn)出均勻穩(wěn)定的靈敏度，準(zhǔn)確識(shí)別出頻率范圍在 100–20kHz 之間的振動(dòng)信息。

由于 LSG 薄膜具有導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，這種設(shè)備也可以通過(guò)熱聲效應(yīng)產(chǎn)生聲音。在聲音發(fā)射穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)中，作者證明它可以做到連續(xù)三小時(shí)都保持穩(wěn)定。

下面是這款可穿戴智能喉的工作流程：

首先，設(shè)備將收集到的振動(dòng)信息編碼為標(biāo)準(zhǔn)脈沖編碼調(diào)制（PCM）信號(hào)。

然后通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）生成相應(yīng)的頻譜圖。

接著通過(guò)模型進(jìn)行外部處理和識(shí)別，將檢測(cè)到的多模態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的語(yǔ)音。

最后通過(guò)熱聲效應(yīng)驅(qū)動(dòng)設(shè)備發(fā)聲，幫助佩戴者完成交流。

實(shí)驗(yàn)表明，這款設(shè)備對(duì)音素、音調(diào)以及單詞的識(shí)別準(zhǔn)確率平均達(dá)到了 99.05%。

下圖則顯示了設(shè)備在不同強(qiáng)度（dB）噪音下的識(shí)別精度。

可以看到，它在環(huán)境噪聲超過(guò) 60dB 的情況下，也能保持識(shí)別能力，抗噪能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于麥克風(fēng)。

“Talk is cheap”，作者也進(jìn)行了實(shí)戰(zhàn)測(cè)試。

他們找來(lái)一位完成了喉切除（非全切）手術(shù)的志愿者，檢測(cè)六個(gè)日常短句的識(shí)別情況。

從頻譜圖可以看出，可穿戴智能喉可以感知患者喉嚨的發(fā)聲振動(dòng)。

不過(guò)由于發(fā)聲器官不完整，患者有時(shí)會(huì)在說(shuō)話時(shí)吞咽聲音。不過(guò)微調(diào)模型仍然能夠從信號(hào)中提取足夠的信息，將識(shí)別準(zhǔn)確率做到 81.25%。

接著，他們又對(duì)用到的單個(gè) AlexNet 模型進(jìn)行了優(yōu)化（Alex Net+ReliefF+SVM），最終實(shí)現(xiàn)了 91% 的識(shí)別精度。

總的來(lái)說(shuō)，由于制造工藝可行、靈敏度高、性能穩(wěn)定、抗噪能力強(qiáng)以及集成了發(fā)聲能力，作者認(rèn)為，這款可穿戴喉嚨可以成為下一代語(yǔ)音識(shí)別和交互系統(tǒng)的理想工具。

而網(wǎng)友們也腦洞大開(kāi)：

有讓加個(gè)音色調(diào)節(jié)的過(guò)濾器，變成可穿戴變聲器的；

也有說(shuō)來(lái)個(gè)實(shí)時(shí)翻譯，就讓人直接擁有說(shuō)多種語(yǔ)言的能力的。

你覺(jué)得還有哪些妙用？

論文地址：

https://www.nature.com/articles/s42256-023-00616-6

參考鏈接：

• https://weibo.com/1231317854/MwsEvkugi?refer_flag=1001030103_

本文來(lái)自微信公眾號(hào)：量子位 （ID：QbitAI），作者：豐色

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的清华可穿戴智能喉登 Nature 子刊，实测准确率 90%+的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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