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陳根：讓喉疾患者重獲新“聲”

2023.03.29 陜西

文/陳根

日前，《自然》人工智能子刊《自然·機器智能》發(fā)表了清華大學集成電路學院教授任天令團隊研發(fā)的一款可穿戴人工喉，可以識別佩戴者喉部發(fā)聲的信號，并將其轉(zhuǎn)換為語音播放出來，還原準確率超90%。

據(jù)任天令教授團隊介紹，人在語音交流過程中發(fā)出的聲音，來源于聲帶震動，以及喉部、唇部這些發(fā)聲器官的協(xié)同合作。區(qū)別于麥克風通過空氣中的機械波采集聲音，人工喉是一個極其敏感的機械傳感器，它能夠感知喉部細微的震動，基本可以把它看作一個頻域感知范圍更廣的麥克風。

基于石墨烯材料研發(fā)的智能可穿戴人工喉，對低頻的肌肉運動、中頻食管振動和高頻聲波信息有較高的靈敏度，也具有抗噪聲的語音感知能力。同時，人工喉還能通過熱聲效應(yīng)將信號轉(zhuǎn)換成聲音播放。這將有助于發(fā)聲失能群體恢復(fù)發(fā)聲，造福更多的聲音障礙者。

人工喉VS電子喉助音器

相比較于現(xiàn)在市面上的電子喉，需要人去適應(yīng)設(shè)備的理念，人工喉是讓機器去學習人類的語言。具體來說，使用者往往因為喉切除手術(shù)后把聲帶切除了，喪失了聲帶這個震動的聲源。傳統(tǒng)的電子喉是一個提供單頻振動的馬達，配合上食管、唇部、舌頭的運動，調(diào)制振動發(fā)出聲音；而且，電子喉學習、使用成本很高的。在喉切除手術(shù)以后，需要手持電子喉抵住喉嚨去學習，嘗試用它發(fā)聲。

人工喉的使用相比電子喉會更容易。使用者貼附以后只需要錄入自己的語音，設(shè)備的算法可以快速學會語音特征，不用去單獨另外再學一門語言。這類似于手機錄入指紋的過程，嘗試幾次以后就慢慢學會了。而且，伴隨著科技的進一步發(fā)展，采用人工AI語音合成技術(shù)的人工喉將會對使用者本來的聲音進行完全還原；佩戴也會更舒適，一枚硬幣大小的人工喉貼片，貼在頸部靠近喉嚨處就可以了。

人工喉的應(yīng)用前景

人工喉還有很大的優(yōu)化和拓展空間，例如提高聲音的質(zhì)量和音量，增加語音的多樣性和情感識別，以及結(jié)合其他生理信號和環(huán)境信息實現(xiàn)更自然和智能的語音交互。比如貼附的位置也不只限于喉嚨，未來也可能在面部產(chǎn)生類似于一種像電影《阿凡達》里面那些外星人面部紋身，看起來會很有科技感。

項目研究的初衷是想幫助解決發(fā)聲失能群體恢復(fù)發(fā)聲的問題，但實際上這項成果對普通人來講也是可以適用的。比如說在機場工作的地勤人員、火災(zāi)現(xiàn)場的消防員，在那種嘈雜環(huán)境下正常的語音交流肯定是不行的。但是通過我們的這種方式，將聲音轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的語音信號，傳到耳麥里進行播放，可以有效解決這些問題。

另外對更廣大的社會人群，在一些注意通話私密性的場合，還有金融支付領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。比如人工喉可以將采集到的喉部振動信息用于語音支付，安全方面或會有比較顯著的提升。

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