原来科技电影中的场景植入现实生活
只差这一颗“芯片”
一枚硬币大小的石墨烯片
就能帮助语言障碍者重获新“声”
在清华大学集成电路学院实验室内
由任天令教授团队
第一次将被称为“黑金”的石墨烯
转换成具有“收发一体”的
可穿戴智能人工喉设备
研发的“石墨烯人工喉”
这个集颜值与实力于一身的“芯片”
究竟为什么这么强？
它的背后，又有怎样的故事？
3次迭代
今天，人体声学系统在人工智能的创新助力下，助力提高了人们的生活品质。而打破语言障碍，使患者从无声到“有声有色”的表达，则是石墨烯人工喉迈出的创新脚步。
什么是石墨烯？为什么选择它？
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。
年，任天令团队创新性地提出了一种基于石墨烯的收发同体的集成声学器件：利用压阻效应来接收信号，并基于热声效应发射声音，从而巧妙地实现了单器件的声音收发同体。
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。
虽然这只是一个很小的机械传感器，但却可以“创造奇迹”。
石墨烯智能人工喉一方面具有高热导率和低热容率，能够通过热声效应发出Hz-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，这无疑带来了声学器件的“全新革命”。
该成果发表在《自然》（Nature）人工智能子刊《自然·机器智能》（NatureMachineIntelligence）上。
使用智能可穿戴人工喉进行无声语音交互
如果说刚开始，“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、轻型可穿戴等方面均有了重大突破，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。
可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系统
团队在第3次迭代时，研发出体积更小及功能更多的集成“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。
据了解，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”，经过训练后，有望实现“吟诗作唱”的梦想。
轻松操作，把喉咙“戴”在身上！
收发一体，搭配使用效果更佳！
精准表达，“吟诗作唱”不是梦！
“这是一款能够读懂人，代替人表达的一个智能芯片系统，”任天令介绍，“也意味着一种新的交互方式。”
新一代石墨烯人工喉器件设计和性能表征
“以人为本”
“不管做什么样的技术，更多的应该考虑人。”任天令一字一句地强调这句话。
在中国，每年有超过30万人由于意外或者癌症等疾病手术而失去声音——这种人类最简单最快速的通信交流方式。虽然目前有传统人工喉可以使用，但除了成本大、消耗高，对于患者来说，也存在使用麻烦、体验感差、发音模糊等问题。尤其是传统人工喉的声音是电子机器的声音，在日常交流时不免显得突兀冰冷。
因此，如果能实现高精度无创便携式语音交互，无疑给众多失声患者点亮了一盏明灯。
过去的8年里，任天令都在开展研究工作。在国外学术交流中，看到一些发达国家对人类健康问题的重视，他引导团队成员