新科技！“人耳蜗”微机电传感器研究取得重大进展

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伊尔梅瑙工业大学、基尔大学、科克大学、卡尔斯鲁厄理工学院和伊尔梅瑙弗劳恩霍夫数字媒体技术研究所的研究人员最近开发了一种创新的微机电传感器，该传感器受到人类和动物生物学的启发，能够实现更高效的声音处理和测试。

这项研究灵感来自于耳鸣，人耳中产生的神经冲击在空气中形成螺旋形的声音振动。这种名为“人耳蜗”的微机电传感器被证明比传统的麦克风在嘈杂的环境中更有效地处理声音并进行单声道测试。该研究成果在《Nature Electronics》杂志上发表。

根据论文的第一作者克劳迪娅·伦克（Claudia Lenk）的介绍，“这项研究的初衷是构建人造毛细细胞，类似于内耳中的毛细细胞，负责人耳的声音检测。我们借鉴了布莱恩·乔伊斯等人之前的研究成果，他们使用具有复杂反应的悬臂来模拟毛细细胞的特性。我们相信我们可以轻松而高效地创建人造毛细细胞，因为我们拥有一种特殊类型的悬臂（弹簧悬臂），可以完全电子化读取和驱动。”

与传统的麦克风不同，人耳和其他动物的耳朵工作方式独特。麦克风同时检测声音信号的所有频率，因此在处理混杂的声音时可能会出现干扰。而耳朵包含多种毛细细胞，负责检测不同频率范围内的声音信号。这种微机电传感器的设计原则是模仿耳朵的工作方式，通过单独调整每个悬臂的测试特性来处理不同频率范围的声音。

该微机电传感器由两个组成部分组成。第一个部分包含一系列小型悬臂，设计用于模拟人造毛细细胞，检测周围环境中的声音信号。第二个部分是反馈回路，可以独立调整每个悬臂的测试特性。当声音撞击悬臂时，悬臂会振动，这种振动通过电子信号测量并转化为相应的输出。悬臂上还包含一个致动器，通过对致动器施加电压，可以改变悬臂的弯曲或振幅，从而改变其对声音的检测方式。

该微机电传感器具有高度的适应性和灵活性。每个悬臂只对特定频率范围的声音做出反应，因此可以使用多个悬臂将信号分解为不同频率的响应，类似于人耳的工作方式。此外，每个悬臂的检测特性都可以单独调整，因此可以改变对不同频率声音的感知方式，使系统具备高度适应性。

该研究团队认为，这种高度适应性的微机电传感器在现实世界中具有广泛应用的潜力。不同的环境中可能存在不同数量的背景噪音，通过调节悬臂的声音传播特性，该系统可以比传统的麦克风更好地接收声音。

与传统的麦克风相比，这种受生物启发的智能传感器具有多项优势。首先，该系统具有快速的自适应能力，适用于各种情况下的应用。其次，仿生特性有助于突出重要的声音信息，例如声音的开始时间或特定音调，这有助于更快、更有效地处理声音，减小所需的计算负载。

此外，该系统的设计非常灵活，易于融入各种应用。例如，它可以用于开发性能更好的助听器、智能扬声器、安全系统等。与其他构建仿生特性的方法相比，该系统的设计更简单且易于扩展，并且支持自适应功能。

研究人员还计划进一步开发覆盖整个听力范围的系统，并将微机电传感器与神经网络结合，以实现更高级的处理功能。他们认为这一技术将对于现实世界的自适应和重要声音强调非常重要，将为开发性能更优越的助听器等设备奠定基础。

这项研究成果在实现更高效声音处理和测试方面具有重要意义，将为各种应用领域带来更可靠和更有效的解决方案。