在AI（人工智能）的帮忙下，一种新型柔性贴片，有望帮助部分嗓音障碍病人达成有效交流。

加州大学洛杉矶分校生物工程系助理教授陈俊及其团队，开发了一种可以在机器学习辅助下将喉部肌肉运动转化为语音的“柔性贴片”助声装置。

该装置基于磁弹性效应，使有声带障碍的病人可以通过肌肉运动来产生语音信号，从而辅助其言语功能。

具体来讲，这种助声装置第一采集病人喉部肌肉运动的数据，然后借用机器学习算法对这类信号进行剖析和分类，最后辨别语义信息并选择相应的语音信号进行输出。

图｜附在喉咙上的可穿着打扮柔性贴片示意图。

据介绍，这种助声装置使用了磁弹性材料，具备重量轻、可拉伸性高、信噪比高等特征，保证了设施的舒适性和可穿着打扮性。另外，这一助声装置也已经达成了自供电。

研究团队对 8 名没嗓音障碍的受试者进行了测试，他们被需要在站立、行走和跑步时说出和小声说出一些单词和词组，如“Merry Christmas”或“I love you”。

结果显示，该助声装置的准确率可达到 95%。

有关研究论文以“Speaking without vocal folds using a machine-learning-assisted wearable sensing-actuation system”为题，刚刚已发表在科学期刊 Nature Communications 上。

研究团队觉得，该助声装置用了一种全新的技术方法，不依靠于传统的声带，为语音障碍病人提供了一种新的交流方法。

在病人中进一步测试后，该助声装置或使有嗓音障碍的个体可以更便捷地进行交流和交流，进而提升整体生活水平。

会发声的柔性贴片

说话，是人际交往中非常重要的组成部分，但对于有声带功能障碍的人来讲，说话是一件难事。在一生中，约 30% 的人历程过至少一次的嗓音障碍。

现有些解决方法，譬如手持电子喉设施或手术，多少地都存在影响平时生活、用不舒适等问题。因此，大家亟需一种能辅助病人交流的可穿着打扮、非植入式的医疗装置，来改变声带功能障碍病人的生活水平。

在此次研究中，陈俊团队设计的柔性磁致弹性贴片，不只可以非常舒展地贴在病人喉部，还可以随参与说话运动的喉部肌肉改变形状，且无需功能正常的声带。

同时，贴片的移动能测试到特定的肌肉运动，还能发电，让该助声装置达成自供电。这类运动随后会被转换成电信号，并由机器学习算法进行处置。该机器算法可以能辨别词语并翻译成语言信号。

图｜磁弹性层结构参数。边长为 30mm。12 个半圆形单元，直径 2.16 毫米，在蛇形铜线圈中，跨度 25.92 毫米。比率尺为 10 毫米。

据论文描述，整个过程包含**四个环节：**信号采集、特点提取和压缩、机器学习分类、声音输出。

具体来讲，该助声装置借助磁性材料与软物质系统中的磁性粉末相互用途的部分，可以致使材料的形变或运动，从而达成了喉部肌肉运动的信号采集。

随后，采集到的信号经过特点提取和压缩，借助主成分剖析（PCA）将每一个语音信号压缩成一个 N 阶矩阵，以降低数据的冗余，并为后续的分类做好筹备。

然后，经过特点提取和压缩后的信号被输入到机器学习算法中进行分类。一旦机器学习算法对信号进行了分类，装置就会选择相应的声音信号进行输出。

最后，这类预先录制的声音信号通过助声装置的驱动部分被播放出来，从而达成了对应语音信号的输出，帮助用户进行辅助说话。

图｜机器学习辅助的无声带可穿着打扮语音装置

测试结果表明，即便在连续工作40分钟后，助声装置的声压和温度也没出现明显的降低或升高。这表明了助声装置在声音输出方面的耐用性和安全性。

在耐汗性测试中，研究团队用了人工汗液来模拟真实的用法环境。结果表明，即便在存在汗水的状况下，该助声装置的性能也表现得非常稳定，没出现明显的信号衰减。

在不一样的正常谈话角度下，研究团队测试了助声装置的声音输出。结果显示，该助声装置在各种角度下都表现出了靠谱的声音性能，这就使得其可以在多种真实生活场景中提供辅助言语。

然而，要想真的地帮助有声带障碍的病人，这种助声装置还存在一些局限性。

比如，研究中用的实验样本量相对较小，且仅包含了特定年龄和性别的参与者，可能没办法完全代表整个人群。将来的研究可以扩大样本量和范围，涵盖更广泛的人群。

除此之外，研究中用了人工汗液模拟汗液环境，但这种环境与真实的生理环境仍存在差异。将来的研究可以愈加接近真实生理环境，以更好地评估助声装置在实质用中的表现。

充满想象的可穿着打扮设施

近年来，可穿着打扮设施的进步在不断地突破人类的想象。比如，一顶可清洗的帽子可以帮助视障人士感知交通信号灯的变化，或者一件衣服可以在穿着者浏览博物馆时充当导游。有关研究于上个月发表在 Nature 上。

上个月，同样发表在 Nature Communications 上的一项研究，其介绍的一种可穿着打扮情感辨别系统，可以基于自供电的摩擦电原理，通过特制的传感器单元，同时感知面部和声音表达所产生的信号，从而达成对人类情感的准确辨别。

再者，南开大学研究团队于去年在 Science 上发表的一篇论文，介绍了一种“冬季的取暖利器”，达成了全天太阳能供电的双向温度调节。

同样，可穿着打扮设施还可以化身一个可以任意变形的交互式屏幕，屏幕的显示内容与呈现形式可以参考你们的即时交互内容而实时变化，甚至叫你有一种沉浸式的感官体验。

将来，当想象力坐上技术进步的快车，这类可穿着打扮设施将会在各种意义上叫人类的生活变得便捷和美好。

参考链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45915-7 https://samueli.ucla.edu/people/jun-chen/

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