研究人员开发出一种基于石墨烯的可穿戴应变传感器

碳材谈科技 2024-09-11 16:45:53

来自剑桥大学、伦敦大学学院、伦敦帝国理工学院、金刚国立科技研究所 (KIT) 和北京航空航天大学的研究人员开发出一种用于语音识别的可穿戴“智能”项圈,得益于嵌入式超灵敏纺织应变传感器技术,它有可能重新定义静音语音接口 (SSI) 领域。

当口头交流受到阻碍时,例如在背景噪音很大的地方或个人已有言语障碍的地方,SSI 系统是一种尖端解决方案,无需发声即可进行口头交流。因此,它是一种使用人机交互的电子唇读。在他们最近的研究中,科学家将上覆的结构化石墨烯层应用于集成纺织应变传感器,即使在嘈杂的环境中也能实现强大的语音识别性能。

这款智能颈链戴在脖子上,可以捕捉喉咙的微动,然后应变传感器会将其作为电信号接收,并输入大脑启发的计算机软件模型进行处理和语音识别。它甚至可以捕捉无声的口语并广播出来,这可以帮助喉部手术后无法说话的人。

这款智能颈圈的独特结构是石墨烯涂层纺织品上有序的纵深裂缝。结构化的石墨烯层显著提高了应变传感器的灵敏度。它可以动态响应喉咙的微动作,从而能够捕捉信息丰富的语音信号。然后,这些信号通过计算效率高的神经网络进行处理,语音解码准确率达到创纪录的 95.25%。

这项技术可以为实用的可穿戴 SSI 系统提供一种有前景的非侵入式解决方案,为在不同环境中实现无缝、自然的静音通信铺平道路。

所提出的 SSI 系统非常强大,能够解码各种各样的词汇,同时能够快速适应新用户和词汇。

这项研究由智能电子、生物系统和人工智能研究主任、工程系和剑桥石墨烯中心电气工程部 Occhipinti 小组负责人 Luigi G. Occhipinti 博士领导。Occhipinti 博士表示:“我们的用户友好型智能颈圈在现实场景中表现出卓越的高效性能,适用于不同性别、地域和种族背景的用户,适用于不同长度和熟悉程度的新词和可能存在歧义的单词,以及不同的阅读速度。

“我们的 SSI 系统具有高精度和计算效率,能够区分不同用户的语音和由传感器缺陷、外部环境和/或用户佩戴设备时自身身体运动引起的不同类型的噪音。

“此外,我们的超灵敏纺织应变传感器技术的制造方法具有生物相容性、简单、低成本和可扩展性。它还适合长时间使用,可以承受超过 10,000 次拉伸-释放循环,同时保持稳定可靠的电气功能。

“简而言之,我们的传感器设计和神经网络优化的协同作用为可穿戴静音语音通信技术树立了新的标准,提供了一种具有突破性潜力的舒适智能项圈。”

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