“仿生智能耳蜗”让声音更真切

怎样让机器听觉装置应对多变声学状况，精确还原声音特质？英国伦敦大学学院科研组近期在《科学进展》杂志上发表了一项创新性听觉系统研究，该系统通过模仿人类全部听觉环节，结合压电纳米纤维和人工智能神经网络技术，能够更准确地辨别声音来源和具体信息。我们盼望日后的智能听觉设备不仅能够拾取声响，还要能像人类那样分析声响，从而带来更加真切自然的听感感受。这项研究的联络作者、伦敦大学学院医学院外科与介入科学部生物材料与医学工程教授宋文辉在回答本报记者提问时这样说明。

耳蜗是人体听觉的关键部位，它借助基底膜来分辨声音的频率差异，其表面大约有3500个内毛细胞，这些细胞充当天然的转换装置，能够把机械的震动转变为电性的信息，然后这些电性信息会传送到大脑开元ky888棋牌官网版，由大脑进行解读。目前通用的助听设备通过感应装置和电刺激系统发挥作用，不过其导线数目通常不超过二十四个开yunapp体育官网入口下载手机版，远远少于人体天然听觉器官中的敏感细胞，所以无法精确再现声响的细微之处和丰富层次。此外，老式人工耳蜗在识别声音来源方位时不够准确，并且需要外部连接控制单元和供电装置，在功能表现和持续使用时间方面存在明显不足。

该研究集体运用尖端制造技术，把压电纳米纤维加工成呈放射状分布的纤维集合，开发出一种形似螺旋式蹦床的声波感应装置，这种装置的纳米纤维如同拉紧的蹦床丝线，能够捕捉周围环境的声音波动，并转化为具有不同波长的电性讯号，以此效仿人体内耳的频谱分辨特性宋文辉谈到，柔性压电纳米纤维对声波的感知能力远超常规压电材料，可以敏锐捕捉人耳能听到的声音范围。这种新型“听觉器官”将来或许能压缩到极微小的纳米级别，单个纳米纤维将能充当独立的信号传输路径，这样就能克服当前人工耳蜗电极数量不足、声音细节分辨能力差这些难题。此外，由于材料具备压电效应，这套装置能够实现自我供电，它借助周围环境的物理震动来获取动力，从而降低对电池组或外部电源的依赖性，为设备的微型构造以及节能优化提供了可能性。

该系统拥有精密的“仿生耳蜗”，同时搭载了能够解析声音方位和信息的“声学大脑”。常规的双边人工耳蜗仅能借助双耳接收声音的强弱与时间差，来判别水平方位的声源，对于垂直方位的来源却难以辨识。这个系统能够解析由“仿生耳蜗”发出的电信号，分辨出各个方向声音的频谱特性，在水平面和垂直面的声源定位精确度分别是97%和92%，对于声音远近的判断完全准确。此外，内置人工智能算法的听觉设备还能识别声音类型，可以录制和播放音乐。

仿生听觉传感器是当前学术研究的热门方向，这项工作利用物理装置模仿人耳功能，直接达成了对声波各种频率成分的区分效果。中国科学院声学研究所的郑成诗研究员向媒体说明开yun体育官网入口登录app，他们运用了形状和尺寸连续变化的压电纳米纤维，这种纤维呈螺旋形态，通过精心设计其构造并完成器件制作，最终成功复制了人耳基底膜分辨频率的特性。此外，借助神经网络技术，已达成对声源方位、高度和距离的判定，同时也能辨识声音的实质。虽然目前这项研究还处在试验模型阶段，但其独特的研究构想，对于将来声波探测感知、人造耳蜗等领域的开拓性实践将提供重要启示。

据消息，那支科研集体已经着手筹备智能穿戴装置的制造，然而要将其推向医疗应用阶段，依然存在诸多阻碍。科研人员指出，当前实验结果大多来自实验室条件，仪器在现实噪音环境中的运作效果尚未经过检验；另外，研制半体植入或全体植入式听力装置将面临更多困难，必须继续完成系统装置的整合和缩小体积，以便符合长期组织相容性要求，同时要设计出安全可靠的外科植入方法。