今年3月，清华大学集成电路学院教授任天令团队公布，研发出一款可穿戴人工喉，可以识别佩戴者喉部发声的信号，并将其转换为语音播放出来，还原准确率超90%。该成果已发表在《自然》子刊《自然•机器智能》上。

日前，渐冻人蔡磊成为全球首个可穿戴人工喉的使用者。他久违的声音再次重现，本人表示还原度很高，令人激动不已。

石墨烯人工喉 迈出创新脚步

石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，具有极高的电子迁移率、优秀的机械强度、优秀的导热性，对低频的肌肉运动、中频食管振动和高频声波信息有很高的灵敏度，同时也具有抗噪声的语音感知能力。

人工喉主要依靠石墨烯材质打造了收声器件，一方面具有高热导率和低热容率，能够通过热声效应发出100Hz-40kHz的宽频谱声音；另一方面能够分辨低吟、尖叫、咳嗽、吞咽、点头等动作，并将这种“无含义声音”转换为频率、强度可控的声音。

在器件制备工艺上，采用独特的激光直写技术，能够直接将成本低廉的大面积聚酰亚胺薄膜快速转化为图形化的多孔石墨烯材料。

刚开始，石墨烯人工喉只能实现简单的采集和发声功能，经过2次迭代后的石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可贴附、声音收发系统集成、动作监测系统、轻型可穿戴等方面都有了重大突破，实现了声音输入到输出的闭环，并可以通过示波器实时观测喉部运动情况。

团队在第3次迭代时，研发出体积更小且功能更多的集成“人工喉”。这种膜片通过导线与一个仅2平方厘米大小的微控制器相连，后者可以放在口袋里，配有一个纽扣大小的电池，简单又便捷。

当佩戴者低吟时，石墨烯人工喉会感知喉咙的振动状态，提取关键声学特征，通过人工智能模型进行音频信号处理，来合成流畅、自然的语音，实现了动作发声系统。

新一代石墨烯人工喉可以基本恢复患者的语言交流能力，识别一名喉切除术患者模糊说出的日常词汇，准确率超过90%。甚至不同频率的耳语，尖叫和咳嗽都可以被该设备记录、编码并进行分类，“解码”出不同种类的聋哑人“语言”。

蔡磊成为全球首个可穿戴人工喉的试用者

此次试用人工喉的蔡磊，1978年5月出生于河南省商丘市，京东集团原财务副总裁，中国电子发票的推动者，于2019年被确诊患有肌萎缩性侧索硬化症，俗称“渐冻症”。但蔡磊并没有放弃，他寻求科学家支持、搭建数据库、建立规模达数亿元的基金推动药物研发，为渐冻症患者提供支持。。

生病之后，蔡磊每年个人投入超千万元，他表示，团队一直在冲刺，但这对于医学研发来说只是冰山一角，在即将走到生命尽头的时候依然坚持，并不只是为了自己，也为了几十万病友未来能有希望。

中国每年有超过30万人由于意外或癌症等疾病手术而失去声音。传统人工喉成本大、消耗高，对于患者而言，还存在使用麻烦、体验感差、发音模糊等问题。石墨烯智能人工喉前景可期。

任天令认为，再高精尖的理论或技术，只有“以人为本”，才能真正地发挥作用。石墨烯人工喉就是对这一点最好的诠释。

references：渐冻人蔡磊全球首次试用可穿戴人工喉：还原正常声音 清华大学开发
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