新型聲學感測器：柔性、可識別語音、監測心臟健康

(圖片來源於：西北大學/科羅拉多大學波德分校)

引言

研究人員開發了一種可穿戴的微型聲學感測器，可用於檢測心臟健康狀況和進行語音識別。科學家將詳細研究成果發表在11月16日版的《科學進步》雜誌上。

感測器簡介

伊利諾伊大學香檳分校的材料科學家、研究的領導作者 Howard Liu 表示，在這項發明之前，能夠檢測皮膚聲學振動的感測器基本上都是「聽診器類型」，體積龐大且由剛性材料製成，所以很難穿戴，而且抑制了聲學信號。

為了克服以上缺點，新型設備使用了小型化、低功耗的商用 MEMS 加速度感測器，包裹在既有粘性又有彈性的硅橡膠中。研究人員稱，這些加速度感測器調諧到的振動頻率範圍（從0.5赫茲到550赫茲），這正是人體重要器官發出的聲音頻率範圍。這些加速度感測器通過可伸縮的銅絲將和放大器、電阻、電容相連接。

表皮聲學電生理學測量設備的示意圖

(A) 系統整體設計結構的分解視圖 (B) 設備裝配示意圖和它的柔性EP測量電極與柔性電源數據線之間的介面，上面的插圖是橫斷面視圖。(C) 設備被鑷子夾住進行扭曲。(D) 設備在皮膚上捏住壓縮。 (E)培養在設備表面上的細胞的顯微圖，展示其生物相容性。綠色和紅色區域相應地對應活的和死的細胞。白色的箭頭指向後者。比例尺200μm。 (F) 設備在雙軸拉伸25%條件下的光學圖像的疊加和有限元模擬結果。 (G) 互相聯繫的結構經受最高壓力的模擬結果的放大視圖。 (H) 光譜功率測量示意圖，設備安裝在一塊雞胸肉上，模仿人體組織的振動源，測試振動響應。

(圖片來源於：西北大學/科羅拉多大學波德分校)

這種柔性的聲學感測器，可以像貼紙一樣粘在皮膚上，監測穿戴者的心跳和識別他們的語音。這種新型設備的可能的應用包括：疾病診斷、代替控制機器人或者遊戲時使用的手持設備。它類似於一個小的創可貼，只有20毫米厚，重量僅213.6毫克，足夠柔軟且可伸縮，可以穿戴在身體的彎曲部位例如脖子。而且，硅膠有利於人體汗液的蒸發。

設備可搜集的聲學信號

實驗中，設備可以同時持續搜集幾個不同類型的聲學信號數據，其中包括：心臟瓣膜的開啟和關閉、頸部動脈的血液流動、聲帶的振動、甚至胃腸道的蠕動。

在位於亞利桑那州圖森市一家私人診所對於老年心臟病的測試中，該設備顯示出可以檢測心臟雜音。在於用於心臟泵血的商業心室輔助裝置的實驗中，也顯示出感測器可以檢測潛在的致命性血栓。

Liu 認為：

「如果該設備穿戴在人類的喉嚨上，它可以用於控制機器人或者打電子遊戲，像人機界面一樣發送命令給計算機。」

例如，志願者可以通過簡單地說出「上、下、左、右」來控制吃豆人遊戲。辭彙識別的精度達90%。感測器也可以幫助那些語言障礙的人、戰場上的士兵和災難現場的急救人員。

科羅拉多大學博爾德分校的工程師、論文合著者 Jae-Woong Jeong 稱，新設備也包含了可以記錄身體電信號的電極，它可以幫助感測器監測心臟和起搏器的性能。

未來展望

數據無線傳輸

然而，目前的感測器依賴數據線來傳輸數據，Jeong 認為，「為了讓它在現實世界中更加實用，我們希望讓它變成無線的。

增加檢測的振動頻率範圍

「未來的研究也會增加振動頻率的範圍，設備可以採集的頻率達2000赫茲，從而可以檢測人類語音振動的整個範圍，就像麥克風一樣。

參考資料

【1】http://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/diagnostics/soft-acoustic-sensors-could-monitor-hearts-recognize-speech

【2】http://advances.sciencemag.org/content/2/11/e1601185

TAG:心臟 |

※俄新型全景監控雷達：可識別「聰明越境者」
※藝術家特里·溫斯特：繪畫能夠讓無意識變得可識
※一種可識別體內休眠HIV的新技術將極大推動艾滋病的治療！
※谷歌Soli微型雷達現可識別物體，能置於智能表中
※fMRI可識別精神分裂症的嚴重程度
※人在睡眠狀態下具有學習能力：可識彆氣味
※人類可識別所有陸生動物情緒 可以與動物溝通啦
※亞馬遜Echo可識別聲紋 智能音箱要做的還有很多
※Shodan新增主動欺騙能力，可識別全球殭屍網路控制中心
※羊臉識別：人工智慧可識別羊的五種不同面部表情
※打碼都不行 德國研發出可識別臉部模糊照片的系統
※超強！中國微波雷達可識別軍機細節
※莫斯科地鐵調度員將監視恐怖分子：攝像頭可識別人臉
※洛佩特吉的成效：為可識別的西班牙注入新面孔
※搜狗搜索與醫療人工智慧公司Airdoc合作，用戶上傳照片就可識別出黑色素瘤
※蘋果測試全新3D感測器 iPhone8無需靠近人臉即可識別
※食物相剋？健身禿頂？一招即可識破謠言
※蘋果研發3D眼鏡新進展，可識別移動動作
※如何將智能家居、商店陳設變成可識讀、可支付終端 還看VISA