0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

香港理工大学、南方科技大学:新型压阻式石墨烯/CNC声学传感器,用于语音识别

传感器专家网 来源:材料分析与应用 作者:材料分析与应用 2025-11-27 18:28 次阅读
加入交流群
微信小助手二维码

扫码添加小助手

加入工程师交流群


wKgZPGkoKDWAD6WMAAIMYBgyUQE556.png

可穿戴声学传感器通过校准喉部振动并将其转化为合成语音,为语言障碍者提供了有效的沟通解决方案。本文,香港理工大学Zhongqing SU、南方科技大学周利民教授等在《ACS Sens》期刊发表名为“An Aerosol Jet-Printed Wearable Graphene/Cellulose Nanocrystal Acoustic Sensor for Speech Recognition”的论文,研究开发了一种新型压阻式声学传感器,通过气溶胶喷射打印技术,采用聚氨酯(PU)薄膜封装石墨烯/纤维素纳米晶体(CNCs)进行增材制造。该传感器具有高度生物相容性和柔韧性,能够精确测量变化的声音压力水平(SPL)。

实验结果表明,通过调节石墨烯浓度可调控传感器的声学灵敏度。当石墨烯浓度为20%时,传感器展现出9.7×10⁻⁶ dB⁻¹的高灵敏度,工作范围覆盖30至90 dB,声压级变化最小分辨率达10 dB,且声压级与传感器测得的电阻变化呈线性相关。当作为可穿戴设备贴附于受试者喉部时,该传感器能精准捕捉音色、节奏等细微发声特征。结合基于支持向量机(SVM)的机器学习算法,该设备在识别数字(0-9)时达到95.9%的高准确率,助力语言障碍者实现数字化沟通。

图文导读

wKgZPGkoKDaAJKc7AALdIHUEI4U424.png

图 1. (a) Fabrication flow of sensor ink; (b) schematic of the acoustic sensor fabricated using AJP; (c) schematic diagram of the wearable acoustic device preparation process; (d) schematic of the acoustic device; (e) device worn on the skin; (f) cross-sectional TEM image of the GC-20%G.

wKgZPGkoKDaAU7RjAADlOr-Lbig929.png

图2. Schematic of the sensor conductive path at initial condition (a) and sound acoustic pressure-loaded environment (b).

wKgZPGkoKDaAIafDAAIqHaNjNNc464.png

图3. Acoustic response of the sensor. (a) Response of sensors at varying sound pressure level; (b) schematic diagram of the change in tunneling path of sensors with lower and higher graphene concentrations under sound pressure; (c) frequency response of the GC-20%G sensor under a representative SPL of 80 dB with different frequencies (from 10 to 500 Hz); (d) real-time response signal of the sensor to the signal with gradually increasing sound pressure level; (e) relative resistance changes with the 1st and 100th cyclic sound pressure levels; (f) three acoustic waveforms from repeated playback of the same audio segment at 80 dB SPL: original loudspeaker signal, iPhone recording, and GC-20%G sensor output.

wKgZPGkoKDaAEJ1CAAIW7PVC4FM856.png

图4. Acoustic device for voice detection. (a) Wearable acoustic device attached on the throat; (b) relative resistance change of the sensor when three different volunteers say, “Merry Christmas”; (c−h) relative resistance change of the sensor in response to three different sentences, compared with the microphone signal; (c, f) is the signal response of “The Hong Kong Polytechnic University”; (d, g) is the signal response of “Hope everything goes well with you”; and (e, h) is the signal response of “What a nice weather”.

wKgZPGkoKDaAThvqAAGhdPf3NGQ739.png

图5. Acoustic devices for digits 0–9 recognition. (a) Signal of digits from 0 to 9 captured by the sensor; (b) schematic flowchart of speech recognition; (c) classification confusion matrix of digit 0–9 prediction versus the test data set; (d) recognition of a sequence of digits “007”.

小结

本研究采用AJP工艺成功制备了新型压阻式石墨烯/碳纳米管(CNC)声学传感器,并采用聚氨酯薄膜封装以增强柔韧性与贴合皮肤的能力。石墨烯浓度为20%(GC-20%G)的传感器展现出9.7×10⁻⁶ dB⁻¹的最高灵敏度,以及10 dB的最小声压级变化分辨率,从而实现精准声学检测。该传感器在30至90分贝声压级范围内表现出低滞后特性与优异可逆性,并具备卓越的重复测量稳定性:局部最大响应与最小响应的标准差值仅分别为0.035和0.0349。该可穿戴声学设备固定于受试者喉部,能可靠捕捉声带振动,从而精确识别语音模式、音调变化及独特音频信号。基于机器学习训练的SVM模型能以95.9%的准确率识别传感器采集的语音数字信号,证明其解读语音信号语义内容的能力。这些成果彰显了传感器的检测与识别潜力,为语障人士的通信技术应用拓展了广阔前景。

展望未来,通过更大规模、更丰富多样的数据集训练模型,有望实现更复杂语音模式的识别——从数字扩展至完整词汇与短语,从而拓展其在人机交互、医疗健康及无障碍技术领域的应用场景。此外,将运用分子动力学模拟深入探究微尺度隧道效应机制,通过定量分析为新一代高性能声学传感器的理性设计提供指导。

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 语音识别
    +关注

    关注

    39

    文章

    1803

    浏览量

    115539
  • 声学传感器
    +关注

    关注

    1

    文章

    30

    浏览量

    10834
收藏 人收藏
加入交流群
微信小助手二维码

扫码添加小助手

加入工程师交流群

    评论

    相关推荐
    热点推荐

    中汽中心赴武汉理工大学走访交流

    2025年11月6日,中汽中心党委副书记王晓杉一行赴武汉理工大学走访交流,与武汉理工大学党委常委、副校长胡剑就进一步深化校企合作进行交流座谈。
    的头像 发表于 11-12 17:54 963次阅读

    上海理工大学师生一行走进简仪科技总部

    10月15日,上海理工大学师生一行走进简仪科技 (JYTEK) 总部,参加“医学人工智能实践教育基地”揭牌仪式暨首场AI实训活动。本次活动由上海理工大学健康与工程学院主办,简仪科技承办,标志着校企双方在人工智能与智能测控教育融合上的合作正式落地。
    的头像 发表于 10-18 11:27 982次阅读

    北京理工大学生命学院:研发新型电化学生物传感器,聚焦血糖监测技术突破

    detection of glucose in whole blood”的研究论文,该工作创新性地提出了一种基于Ni₃(HITP)₂-MOF与新型抗污材料的分子印迹电化学传感器,实现了全血中葡萄糖的直接检测,为生物传感技术的发
    的头像 发表于 07-27 22:23 565次阅读
    北京<b class='flag-5'>理工大学</b>生命学院:研发<b class='flag-5'>新型</b>电化学生物<b class='flag-5'>传感器</b>,聚焦血糖监测技术突破

    华东理工大学信息学院校友会走访兆芯

    近日,华东理工大学信息科学与工程学院(简称“华东理工大学信息学院)校友会组织近20名校友走访上海兆芯集成电路股份有限公司(简称“兆芯”),开启了一场兼具专业深度与实践温度的探“芯”之旅。
    的头像 发表于 07-17 09:32 614次阅读

    上海理工大学师生一行莅临意瑞半导体参观交流

    近日,上海理工大学师生42人前来参访意瑞半导体(上海)有限公司。旨在深化校企交流,助力高校学子了解半导体行业前沿动态与企业发展实践。
    的头像 发表于 07-11 17:12 878次阅读

    香港理工大学选购我司HS-TGA-101热重分析仪

    近日,香港理工大学成功采购我司的HS-TGA-101热重分析仪,为其科研工作注入强大动力。此次合作,标志着双方在材料科学、化学工程等多领域研究上迈向新高度。​香港理工大学热重分析仪作为
    的头像 发表于 06-10 09:59 427次阅读
    <b class='flag-5'>香港</b><b class='flag-5'>理工大学</b>选购我司HS-TGA-101热重分析仪

    北京理工大学:研究眼机界面智能传感硬件——从可穿戴到仿生

    、功耗(SWaP)及生物兼容性上面临瓶颈,而新型功能材料正通过柔性透明设计、多模态传感和集成策略,推动传感器向小型化、低功耗和高性能发展。鉴于此, 北京理工大学 沈国震 、 王卓然 团
    的头像 发表于 04-25 18:42 664次阅读
    北京<b class='flag-5'>理工大学</b>:研究眼机界面智能<b class='flag-5'>传感</b>硬件——从可穿戴到仿生

    大学计划 | 同星智能助力青岛理工大学青云车队驰骋赛场

    青岛理工大学青云车队,成立于2010年,是一支充满激情与活力的年轻团队,是山东省第一支参加FSC比赛的省属高校车队。车队始终致力于将最前沿的汽车技术应用于赛车设计和制造,是培养未来汽车工程师的摇篮
    的头像 发表于 03-21 20:04 1297次阅读
    <b class='flag-5'>大学</b>计划 | 同星智能助力青岛<b class='flag-5'>理工大学</b>青云车队驰骋赛场

    中软国际助力北京理工大学珠海校区展开科研创新

    近日,中软国际助力北京理工大学(珠海)基于华为云昇腾AI云服务DeepSeek满血版大模型展开科研及教学创新。北京理工大学(珠海)经济监督大模型团队将DeepSeek等前沿技术应用至哲学社会科学研究中,为经济监督更好地推动国家治理现代化及其法律保障机制的优化提供技术支撑。
    的头像 发表于 03-10 18:13 1088次阅读

    天合光能与新加坡南洋理工大学签约技术合作

    近日,天合光能与享有盛誉的新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University)进行技术合作签约。这一技术合作通过南洋理工大学的能源研究院(ERI@N)和电力工程中心
    的头像 发表于 02-28 09:18 861次阅读

    北京理工大学在量子显微成像方面取得重要进展,实现量子全息显微

    图1. 量子全息显微系统理论方案示意图 近日,北京理工大学物理学院张向东教授课题组基于偏振纠缠量子全息技术,实现了量子全息显微。相关成果以“Quantum Holographic
    的头像 发表于 02-27 06:23 772次阅读
    北京<b class='flag-5'>理工大学</b>在量子显微成像方面取得重要进展,实现量子全息显微

    上汽集团与北京理工大学达成战略合作

    今天,上汽集团与北京理工大学签署战略合作协议。依托上汽集团在整车研发与生产制造领域的技术创新和工程应用经验,以及北京理工大学在科技研发、人才培养、优势学科等方面的资源,双方将聚焦电动化、智能化、无人
    的头像 发表于 01-20 10:57 716次阅读

    南方科技大学OpenHarmony技术俱乐部正式揭牌成立

    1月4日,由OpenAtom OpenHarmony(以下简称“OpenHarmony”)项目群技术指导委员会与南方科技大学共同举办的“南方科技大学OpenHarmony技术俱乐部成立
    的头像 发表于 01-05 19:32 1605次阅读
    <b class='flag-5'>南方</b><b class='flag-5'>科技大学</b>OpenHarmony技术俱乐部正式揭牌成立

    都灵理工大学校长一行再访SPEA

    SPEA与都灵理工大学有着深厚的历史渊源,双方通过构建人才培养体系、推动融合创新、不断拓宽技术应用的边界,共同促进了自动化测试技术在半导体、MEMS传感器、电子制造等多个关键领域快速发展。近日,都灵
    的头像 发表于 12-19 13:12 816次阅读
    都灵<b class='flag-5'>理工大学</b>校长一行再访SPEA

    华中科技大学:通过自组装单层加强石墨器件的热管理

    的界面热。器件散热面临严峻挑战,导致热点升高和电气性能下降。 本文,华中科技大学辛国庆 教授、杨恺 副教授、西安电子科技大学谌东东 副教授等在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Enhanc
    的头像 发表于 12-17 11:23 1442次阅读
    华中<b class='flag-5'>科技大学</b>:通过自组装单层加强<b class='flag-5'>石墨</b><b class='flag-5'>烯</b>器件的热管理