澳门大学钟俊文课题组 Adv. Mater.:用于盲文-语音转译的静电型智能织物
2024-03-21 来源:高分子科技
据世界卫生组织统计,全球约有 4500 万盲人和 1.7 亿语言障碍患者。可穿戴人机交互技术,包括触觉反馈执行器、电子触觉渲染系统、视觉假肢已被应用于再现触觉刺激或唤起盲人的视觉感知。但是,这些技术侧重于盲人的视觉和触觉反馈,而忽视了听觉反馈的重要性。可穿戴盲文-语音转译系统由一个捕捉盲文信息的触觉传感器阵列和一个产生语音信息的扬声器组成,可极大地帮助盲人阅读和语言障碍者发声。
图 1. 基可穿戴盲文-语音转译系统的设计。(A) 静电型机电转换器结构图。 (B) 触觉传感器和扬声器的工作原理。(C) 器件与衣物的集成以及盲文到语音的转译过程。它包括一个用于编码盲文信息的触觉传感器阵列(6个小器件)、一个用于根据盲文信息生成相应声音信号的读出电路、一个用于生成语音的扬声器(1个大器件)。
图 2. 静电型机电转换器的发声性能。(A) 测量发声性能的实验装置照片。(B) 驻极体织物孔径对 1 和 10 kHz 声压级的影响。(C) 间隔织物的网目数对 1 和 10 kHz 时声压级的影响。谐振频率和平均声压级随(D)电极厚度和(E)电极孔隙率的变化。(F) 当驱动频率为 20 Hz 至 20 kHz 时,不同面积器件的输出声压级。器件的输出声压级与 (G) 驱动电压和 (H)测量距离的关系。(I) 器件的输出声压级的方向性。
图 3. 与纺织品集成的静电型机电转换器的声学性能。(A) 器件照片和它在平放、弯曲、拉伸、扭曲等不同状态下产生的 "可穿戴电子设备"声波图谱。(B) 连续折叠达 1000 次时,器件在 1、5 和 10 kHz 频率下的声压级变化。(C) 器件在不同环境湿度下连续 30 天的输出变化。(D)-(G) 静电型机电转换器和手机发出的 "人机交互 "声波和频谱比较。
图 4. 静电型机电转换器的触觉传感性能。 (A) 输出开路电压与压力的关系。(B) 器件在 8.8 kPa 压力下,对不同按压频率的输出开路电压。(C) 不同弯曲角度下,器件的输出开路电压。(D)-(F) 在 8.8 kPa 压力和 2 Hz 频率下,反复按压 3,900 次后器件的稳定性。(G) 器件在不同环境湿度下连续 14 天的稳定性测试。
图 5. 静电型机电转换器在盲文-语音转译中的应用验证。(A) 器件阵列识别盲文字母。 (B) 器件阵列识别 40 个具有代表性的单词。(C) 40 个单词分类准确率的散点图。(D) 3 名新使用者准确表达单词所需的平均训练频率与单词中字母数量的关系。
论文第一作者为澳门大学科技学院博士后研究员李肇阳,论文通讯作者为澳门大学科技学院钟俊文助理教授,上海交通大学彭争春教授和上海大学钟其泽教授为本工作提供了宝贵的帮助。
原文链接 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202313518
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(责任编辑:xu)
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