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仿生果蝇听觉系统的智能免电池助听器畅想——西门子助听器
来源:温州市康声听力设备有限公司    上传时间:2015-10-29

仿生果蝇听觉系统的智能免电池助听器畅想——西门子助听器

一只来自美国的果蝇,也能掀起天马行空的头脑风暴。来自美国德州大学(UT)奥斯汀分校库克瑞尔工程学院(Cockerell School of Engineering)的科学家突发奇想,希望通过研究一种黄色的寄生型果蝇(Ormia ochracea)所具有的特殊听觉结构,开发出一种全新的助听器,这个概念性的仿生设计让它能够只强调配戴者想听到的声音,助听器上包括一款全新的低功耗麦克风组件,可望在不久的将来打造新一代的智能型免电池助听器。

这种创新型的声音处理机制设计能够在一定距离范围内确定声音的方向。由于声音的速度与人类双耳间存在的距离等因素,正常情况下,人类和其他哺乳动物能够定位出声音的来源。

“当人们依据声音寻找声源时,影响辨别的其中一个因素是声音的有限速度,”这项研究的负责人,Cockerell工程学院电子与计算机工程系副教授Neal Hall认为,“声音以一定的速度在空气中传播,当你走在街道上,如果附近的汽车鸣笛,你第一时间会知道该朝哪个方向转头,能做到这一点的原因之一是声音到达你一只耳朵的时间比到达另一只耳朵的时间更早。在人类的潜意识中,你的大脑会利用你全身器官所收集到的信息来辨识声音来源的方向。”

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      根据图中显示,研究人员受到这种果蝇声音处理机制的启发,准备开发出一款低功耗的麦克风组件。

德州大学奥斯汀分校Cockerell工程学院的研究人员通过仿生并设计出这种能够用来开发免电池助听器的微型组件系统。按照设计,这种新式助听器的目标是能让配戴者锁定自已有兴趣的声音,阻挡掉环境噪音。

研究团队观察到特殊类型的果蝇拥有特殊的听觉机制,使其声音以一种类似跷跷板的方式运动。这在某种程度上放大了时间延迟,并且让果蝇能够比其他昆虫或动物更精确地定位声音来源。

“利用这种跷跷板原理,果蝇能机械性地处理一些微小的差异,”Neal Hall说:“跨越跷跷板的声压差异使其进入摇摆运动,就好像不同重量的孩子坐在跷跷板两端上下摇一样。”

利用这种结构作为模型,德州大学奥斯汀分校的研究团队们以硅晶打造出一款2mm宽的麦克风组件,几乎就像是果蝇的听觉器官一样。该组件是由可挠性光束和压电材料构成,利用压电材料让研究团队能同时测量光束的挠曲与旋转。这些动作使研究团队能其得以仿生果蝇的听觉机制。

Neal指出,虽然以前也有类似的设计出现,但使用压电材料是十分独特的作法,让该组件得以通过机械压力转变为电信号,从而以非常低的功耗作业。这种低功耗特性可使其用于开发无需电池的新一代助听器。目前助听器的配戴者都必须经常为设备更换电池。

该设备让用户听到声音的方式还可能为助听器带来另一项优势。Hall强调,因为它可以阻挡掉一些人们并不一定想听到的噪声。

“除了定位声音以外,果蝇还教会我们一些让小型麦克风内建方向性的技巧,”他说,“这是在某些情况下非常有用。例如助听器配戴者常常觉得在具有较复杂噪声背景的环境下(如餐厅等)很难听得清楚。佩戴者会为了听清楚感兴趣的声音而调高音量,也会使室内的所有声音跟着放大。我们相信通过这种创新式麦克风的组件设计能够解决这个难题。”

这个设计也同样适于军事与国防应用,打造出能让士兵在黑暗中准确定位出声音来源的装置,尤其是在缺少视力辅助的情况。事实上,美国国防部先进研究计划署(DARPA)已为Hall的研究提供赞助。为了开发出这种麦克风系统,Hall及其研究团队计划进行数年的研究,着重于增加频率范围以便涵盖完整的音频频宽。当然这种设计尚处于初始阶段,还需要一段时间的研发才能适用于量产与实际应用。

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