用于定量声音识别的超薄贴合振动响应电子皮肤
标题：An ultrathin conformable vibration-responsive electronic skin for quantitative vocal recognition （2019）
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-10465-w
主要内容及创新点：本文提出了一种超薄、舒适且对振动敏感的电子皮肤，可以检测皮肤加速度，这与声压高度线性相关。该装置由交联超薄膜和孔状隔膜结构组成，以5.5VPa-1的出色灵敏度在语音频率范围内定量检测声音。此外， 这种超薄设备（<5um）具有出色的皮肤贴合性，可消除粗糙和弯曲皮肤表面的振动失真，从而实现准确的语音识别。
图1 振动响应电子皮肤的原理图设计。（a）在100、150和200Hz三个基本语音频率下颈部电子皮肤加速度和语音压力的测量数据（b）附在颈部和隔膜结构上的电子皮肤示意图（c）弯曲半径为2.5mm的曲面上隔膜阵列的SEM图像（d）悬浮隔膜上孔图案的SEM图像（g）皮肤振动时隔膜运动过程中的示意图（h）连接到传感器的接口调节电路图。
图2 材料和结构对器件性能的影响。（a）具有不同材料、结构和振膜数量的器件的频率响应数据（b）示意图显示了带气孔的隔膜的横截面结构及其结构参数（c）隔膜直径的影响，隔膜厚度，支撑厚度，以及振膜数量对振动灵敏度的影响。
图3 与商业加速度计的比较 振动识别测试。（a）当振动扬声器播放乐谱时，我们的设备和商用加速度计检测到振动输出（b,c）我们设备和商用加速度计的输出波形及其频谱作为时间的函数。
图4 人体颈部皮肤的语音识别性能。（a）我们设备的输出电压幅度作为不同频率声压的函数，以及我们设备贴在颈部皮肤上的照片（b）当一个人以各种声压和频率说话时，激光多普勒振动计（LDV）、我们的设备和商业加速度计之间测量的皮肤加速度的比较。（c）我们的设备和贴在皮肤上的商业加速度计的照片和横截面示意图。
图5 语音认证和语音识别。（a）我们的设备和用于语音认证和语音控制应用的参考麦克风之间的比较示意图（b）当两个用户分别发出“Siyoung登录“时，我们的设备在脖子上测量的输出波形和频谱。每个用户语音的独特语音波形和频谱是可区分的（c）当一个人发出”开灯“的声音时，我们的设备和参考麦克风在安静和嘈杂环境中测量的波形和频谱的比较。
图6 通过检测颈部皮肤振动进行语音剂量测定。（a）通过测量颈部皮肤加速度和分析声音模式来测量声音剂量的示意图（b）我们的设备测量的声音波形数据，以及通过将声音数据划分为100ms间隔并区分说话和非说话来分析我们的发声时间。
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