新型用于社会机器人和助听器的摩擦电听觉传感器吕雯
2022-08-30 09:20:36 朱迪娱乐网
新型用于社会机器人和助听器的摩擦电听觉传感器
中国重庆大学的研究人员最近开发了一种自供电的摩擦电听觉传感器，可用于为智能机器人应用中的外部助听器构建电子听觉系统。
他们最近发表在《科学机器人》上的研究可以为新一代听觉系统的创建提供信息，解决社会机器人领域中的一些关键挑战。
听觉系统是人类与机器人之间最直接，最有效的通信方式理想情况下，机器人听觉系统应允许机器人在听取人类指令的同时还感知其声调，以便做出相应的响应。
因此，社交机器人技术的主要目标之一是设计在宽频率范围内功能强大且灵敏的听觉传感器。这些应用程序还可以使全球10％的听力障碍人口受益。
进行这项研究的研究人员对Tech Xplore表示：“通常，听力受损的人总是会失去一个或几个特定的??频率区域。”
“外部助听器的目的是将特定受损的声音区域放大到那些人能听到的水平。因此，使用具有频率选择性的听觉传感器作为助听器设备来恢复受损的听力将增强人与机器人的社交互动。”
机器人技术领域的另一个挑战与功率和能量有关。为了成功设计具有宽带频率响应和频率选择性的听觉传感器，研究人员应使用具有精确信号处理电路的传统声学传感器，这会增加功耗并缩短工作时间。
TAS在模仿听觉系统中的应用。研究人员解释说：“构建自供电声传感器的常规方法是基于压电效应和梯形器件架构。”
“但是，与人类声音的频率范围相比，压电传感器具有较低的输出信号和较高的频率响应区域。此外，多信号通道，复杂的制造工艺和压电材料大大提高了成本。”
TAS用作声控开/关灯开关。图片来源：Guo等，科学。机器人。3，eaat2516
为了解决这些问题，研究人员基于摩擦电纳米发电机技术，设计了一种易于制造的圆形，单通道，自供电听觉传感器。
纳米发电机是一种将机械能和热能转化为电能的技术。
纳米发电机有三种主要类型：压电，摩擦电和热电。压电发电机和摩擦发电机均采集机械能来发电，而前者通过纳米结构的压电材料来发电，而摩擦发电机则通过摩擦起电和静电感应的作用来实现发电。
研究人员解释说：“我们的TAS设备的亮点是自供电感应和可定制的频谱特性。”
“ TAS的振动膜上覆盖有导电层，底部导电层上覆盖有摩擦材料层。在声波作用下，膜振动会引起膜与摩擦材料之间的接触，从而产生电荷分布。
由于静电作用由于感应效应，振动会产生通过两个导电层输出的信号，对于每个固定的膜，都会有一个特定的振动特性，由于TAS结构简单，我们可以设计膜的边界条件来实现可定制的光谱，我们需要。”
TAS充当了声音触发的防盗系统。经过测试，研究人员开发的传感器在人的声音范围内产生了很高的输出信号，板带频率响应和频率选择性。它们的传感器也相对易于构建，并在单通道设备中提供可自定义的频谱。
研究人员说：“高输出信号和单通道可能会大大减少信号处理，从而降低功耗。”
“所使用的材料及其易于制造的方法提高了设计透明听觉系统和其他多种设备的可行性。我们认为，该技术可以为机器人和助听器应用提供经济，节能的听觉系统。”
TAS可用作超灵敏的语音识别系统。如图所示，机器人仅与管理员进行交互。
该研究人员团队的工作着重说明了摩擦电纳米发电机技术的巨大潜力，以应对社交机器人领域的挑战并构建更有效的助听器。他们现在正在计划开发用于各种人机交互的新传感器，同时将他们最近开发的技术推向工业化。