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南韓研究團隊開發可附著在皮膚的穿戴式語音識別電子裝置

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科技產業資訊室 - 陳品蓁 發表於 2019年7月15日

圖、南韓研究團隊開發可附著在皮膚的穿戴式語音識別電子裝置

南韓浦頂工科大學在Nature Communications中發表了一種可附著在皮膚上的穿戴語音識別電子設備。一般的行動設備是利用麥克風檢測聲壓的差異來識別語音,但這種方式很容易受到背景的噪音和阻尼效應(damping effects)影響。因此,Cho Kilwon和Chung Yoonyoung教授團隊成功開發出透過頸部皮膚的震動,精確識別聲音。
 
這種新型的皮膚震動感測器使用超薄聚合物,以及帶有微孔的隔膜所製作而成。製程包括,將犧牲層(sacrificial layer)、頂部電極、隔膜、和隔膜支撐元件,依序地沉積到乾淨的玻璃晶片上,然後蝕刻犧牲層,再將樣品與玻璃晶片分離,經過翻轉,最後轉移到具有底部電極的聚合物基板上。
 
由於其完全交聯的聚合物材料與隔膜微孔結構特性,該電子震動感測器在80-3400赫茲(Hz)的頻率範圍內,具有平坦的頻率響應(frequency response),包括標準電話頻帶(300-3400Hz),以及基本語音頻率範圍(80-255Hz)。
 
而作用於此皮膚電子震動感測器的原理,在於皮膚的震動加速度與聲壓間,存在著線性關係,因此皮膚的震動加速度可以作為一種適當的感測參數。簡單來說,當加速度越大,聲壓也越大。
 
除此之外,該設備還具備了卓越的震動靈敏度。在頸部皮膚震動範圍內,以0.02g的加速度,具有超過10dB的卓越信噪比(signal to noise ratio)。而這種高靈敏度是源自於聚合物薄膜的低剛度特性以及其優化的結構。
 
另一方面,關於語音識別的部分,該研究團隊透過將裝置附著在皮膚震動幅度最大的頸部環狀軟骨附近,再加上與其他喉部麥克風和商用麥克風系統進行比較。結果發現,當具有剛性和龐大結構的加速度計用強力膠帶固定時,皮膚會被壓縮,因此一般的麥克風靈敏度已降低至40%。然而,該團隊所設計新型頸部皮膚設備仍保持其振動靈敏度在90%以上。
 
透過開發超薄、低鋼度、低阻尼、可貼附在皮膚的語音識別電子裝置,其龐大的潛力將會大大的被應用在商業、娛樂、甚至是醫療用途上。尤其當智慧機器人、語音助理的市場越來越大,勢必會有越來越多研究人員投入這個領域。(729字;圖1)
 
 
參考資料:
A Wearable Voice Recognition Sensor. ASIANSCIENCE. July 9, 2019
An ultrathin conformable vibration-responsive electronic skin for quantitative vocal recognition. Nature Communications. 18 June 2019


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