【導(dǎo)讀】從一只蒼蠅聽(tīng)覺(jué)而來(lái)的靈感，啟發(fā)研究人員們開(kāi)發(fā)出一款全新的低功耗麥克風(fēng)組件，可望為打造新一代的智能型免電池助聽(tīng)器而鋪路。具體是如何設(shè)計(jì)的呢？
美國(guó)德州大學(xué)(UT)奧斯汀分校庫(kù)克瑞爾工程學(xué)院(Cockerell School of Engineering)的研究人員們利用一種黃色的寄生型蒼蠅(Ormia ochracea)所具有的特殊聽(tīng)覺(jué)結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出一種全新的助聽(tīng)器，它能夠只強(qiáng)調(diào)配戴者想聽(tīng)到的聲音。
這種寄生蠅擁有獨(dú)特的聲音處理機(jī)制能夠在2度范圍內(nèi)確定聲音的方向，因而準(zhǔn)確地定位出一只鳴叫中的蟋蟀位置。
由于聲音的速度限制以及人類(lèi)兩耳之間存在距離，一般來(lái)說(shuō)，人類(lèi)和其他哺乳動(dòng)物能夠定位出聲音的來(lái)源，主導(dǎo)這項(xiàng)研究的Cockerell工程學(xué)院電子與計(jì)算機(jī)工程系副教授Neal Hall表示。
“當(dāng)人們依據(jù)聲音尋找某一事件時(shí)，利用的就是聲音的有限速度，”他解釋說(shuō)，“聲音只是以有限速度在空氣中移動(dòng)的壓力波。當(dāng)你走在街道上時(shí)，如果附近的汽車(chē)傳出喇叭聲，你就會(huì)知道該朝哪個(gè)方向轉(zhuǎn)過(guò)去，因?yàn)槁曇舻竭_(dá)你其中一只耳朵的速度比到達(dá)另一只耳朵的速度更快一些。在潛意識(shí)中，你的大腦利用這些數(shù)據(jù)來(lái)辨識(shí)聲音來(lái)源的方向。”
圖中顯示研究人員們經(jīng)由這種寄生蠅的聲音處理機(jī)制啟發(fā)，開(kāi)發(fā)出一款低功耗的麥克風(fēng)組件。
德州大學(xué)奧斯汀分校Cockerell工程學(xué)院的研究人員們開(kāi)發(fā)出這種能夠用來(lái)開(kāi)發(fā)免電池助聽(tīng)器的微型組件。這種新式助聽(tīng)器能讓配戴者鎖定自已有興趣的聲音，阻擋掉環(huán)境噪音。
研究團(tuán)隊(duì)觀察這種特殊類(lèi)型的寄生蒼蠅擁有不同的聲音經(jīng)驗(yàn)，Hall說(shuō)，由于蒼蠅的特殊聽(tīng)覺(jué)結(jié)構(gòu)，使其聲音以一種蹺蹺板的方式相移。這放大了時(shí)間延遲，并且讓寄生蠅能夠比其他昆蟲(chóng)或動(dòng)物更準(zhǔn)確地定位聲音來(lái)源。
“利用這種蹺蹺板原理，寄生蠅能機(jī)械性地處理一些很小的差異，”他說(shuō)：“跨越蹺蹺板的聲壓差異使其進(jìn)入搖擺運(yùn)動(dòng)，就好像不同重量的孩子坐在蹺蹺板兩端上下?lián)u一樣。”
利用這種結(jié)構(gòu)作為模型，德州大學(xué)奧斯汀分校的研究團(tuán)隊(duì)們以硅晶打造出一款2mm寬的麥克風(fēng)組件，幾乎就像是寄生蠅的聽(tīng)覺(jué)器官一樣。該組件是由可撓性光束和壓電材料構(gòu)成，利用壓電材料讓研究團(tuán)隊(duì)能同時(shí)測(cè)量光束的撓曲與旋轉(zhuǎn)。這些動(dòng)作使其得以復(fù)制寄生蠅的聽(tīng)覺(jué)。
Neal指出，雖然過(guò)去也已經(jīng)打造出類(lèi)似的組件，但利用壓電材料卻是十分獨(dú)特的作法，讓該組件得以透過(guò)將機(jī)械壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?hào)，從而以非常低的功耗作業(yè)。
這種低功耗特性可使其用于開(kāi)發(fā)無(wú)需電池的新一代助聽(tīng)器。目前助聽(tīng)器的配戴者都必須經(jīng)常為設(shè)備更換電池，不僅造成更多成本，同時(shí)也可能影響助聽(tīng)器的穩(wěn)定性能。
該設(shè)備讓用戶聽(tīng)到聲音的方式還可能為助聽(tīng)器帶來(lái)另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。Hall強(qiáng)調(diào)，因?yàn)樗梢宰钃醯粢恍┤藗儾⒉灰欢ㄏ肼?tīng)到的噪聲。
“除了定位聲音以外，寄生蠅還教我們一些讓小型麥克風(fēng)內(nèi)建方向性的技巧，”他說(shuō)，“這是在某些情況下非常有用。例如助聽(tīng)器配戴者常常覺(jué)得在具有較高噪聲背景的環(huán)境下(如餐廳)很難聽(tīng)的清楚。為了聽(tīng)清楚感興趣的聲音而調(diào)高音量，也會(huì)使室內(nèi)的所有聲音跟著放大。透過(guò)這種只能聽(tīng)到某一感興趣聲音方向、同時(shí)又能濾除背景噪聲的麥克風(fēng)組件，能夠增強(qiáng)了解用戶感興趣的能力。”
該組件還適于軍事與國(guó)防應(yīng)用，打造出能讓士兵在黑暗中準(zhǔn)確定位出聲音來(lái)源的裝置，尤其是在缺少視力輔助的情況。事實(shí)上，美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究計(jì)劃署(DARPA)已為Hall的研究提供贊助。
為了開(kāi)發(fā)出這種麥克風(fēng)組件，Hall及其研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)行數(shù)年的研究，著重于增加頻率范圍以便涵蓋完整的音頻頻寬。當(dāng)然這款組件還需要進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，才能適用于消費(fèi)品的封裝與處理。
