模仿蒼蠅聽覺系統(tǒng)的智能免電池助聽器

美國德州大學(UT)奧斯汀分校庫克瑞爾工程學院(Cockerell School of Engineering)的研究人員們利用一種黃色的寄生型蒼蠅(Ormia ochracea)所具有的特殊聽覺結(jié)構(gòu)，開發(fā)出一種全新的助聽器，它能夠只強調(diào)配戴者想聽到的聲音。

這種寄生蠅擁有獨特的聲音處理機制能夠在2度范圍內(nèi)確定聲音的方向，因而準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兩耳之間存在距離，一般來說，人類和其他哺乳動物能夠定位出聲音的來源，主導這項研究的Cockerell工程學院電子與計算機工程系副教授Neal Hall表示。

“當人們依據(jù)聲音尋找某一事件時，利用的就是聲音的有限速度，”他解釋說，“聲音只是以有限速度在空氣中移動的壓力波。當你走在街道上時，如果附近的汽車傳出喇叭聲，你就會知道該朝哪個方向轉(zhuǎn)過去，因為聲音到達你其中一只耳朵的速度比到達另一只耳朵的速度更快一些。在潛意識中，你的大腦利用這些數(shù)據(jù)來辨識聲音來源的方向。”

圖中顯示研究人員們經(jīng)由這種寄生蠅的聲音處理機制啟發(fā)，開發(fā)出一款低功耗的麥克風組件。

德州大學奧斯汀分校Cockerell工程學院的研究人員們開發(fā)出這種能夠用來開發(fā)免電池助聽器的微型組件。這種新式助聽器能讓配戴者鎖定自已有興趣的聲音，阻擋掉環(huán)境噪音。

研究團隊觀察這種特殊類型的寄生蒼蠅擁有不同的聲音經(jīng)驗，Hall說，由于蒼蠅的特殊聽覺結(jié)構(gòu)，使其聲音以一種蹺蹺板的方式相移。這放大了時間延遲，并且讓寄生蠅能夠比其他昆蟲或動物更準確地定位聲音來源。

“利用這種蹺蹺板原理，寄生蠅能機械性地處理一些很小的差異，”他說：“跨越蹺蹺板的聲壓差異使其進入搖擺運動，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，德州大學奧斯汀分校的研究團隊們以硅晶打造出一款2mm寬的麥克風組件，幾乎就像是寄生蠅的聽覺器官一樣。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隊能同時測量光束的撓曲與旋轉(zhuǎn)。這些動作使其得以復制寄生蠅的聽覺。

Neal指出，雖然過去也已經(jīng)打造出類似的組件，但利用壓電材料卻是十分獨特的作法，讓該組件得以透過將機械壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娪嵦?，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發(fā)無需電池的新一代助聽器。目前助聽器的配戴者都必須經(jīng)常為設備更換電池，不僅造成更多成本，同時也可能影響助聽器的穩(wěn)定性能。

該設備讓用戶聽到聲音的方式還可能為助聽器帶來另一項優(yōu)勢。Hall強調(diào)，因為它可以阻擋掉一些人們并不一定想聽到的噪聲。

“除了定位聲音以外，寄生蠅還教我們一些讓小型麥克風內(nèi)建方向性的技巧，”他說，“這是在某些情況下非常有用。例如助聽器配戴者常常覺得在具有較高噪聲背景的環(huán)境下(如餐廳)很難聽的清楚。為了聽清楚感興趣的聲音而調(diào)高音量，也會使室內(nèi)的所有聲音跟著放大。透過這種只能聽到某一感興趣聲音方向、同時又能濾除背景噪聲的麥克風組件，能夠增強了解用戶感興趣的能力。”

該組件還適于軍事與國防應用，打造出能讓士兵在黑暗中準確定位出聲音來源的裝置，尤其是在缺少視力輔助的情況。事實上，美國國防部先進研究計劃署(DARPA)已為Hall的研究提供贊助。

為了開發(fā)出這種麥克風組件，Hall及其研究團隊計劃進行數(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。當然這款組件還需要進一步的設計，才能適用于消費品的封裝與處理。