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感測器/MEMS  

觸覺背心讓聽障者用振動「感知」聲音

上網時間: 2015年05月05日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:VEST  感官置換  觸覺  振動  人工電子耳 

美國萊斯大學(Rice University)以及貝勒醫學院(Baylor College of Medicine)正攜手開發一款「多功能超感官傳感器」(Versatile Extra-Sensory Transducer;VEST),為可穿戴裝置帶來一種全新的觸覺形式,使其除了滿足最初的目標——讓聽力重度障礙者能夠透過身體振動來「感覺」並瞭解語音以外,還能發掘更多新應用。

這項VEST計劃由萊斯大學博士研究生Scott Novich、貝勒醫學院感知與行動實驗室總監David Eagleman以及萊斯大學電腦工程系兼任助理教授等人共同開發,可說是一項電子與神經科學巧妙結合的產物。Eagleman的研究專注於人腦如何建構感知,他的研究主題還包括了「感官置換」(sensory substitution),使感官資料可經由獨特的感覺通道來提供。

根據幾十年來的研究顯示,無論是採用哪一種感官通道,我們的大腦都能夠適應和學習,從不明顯的感官輸入(例如透過觸摸閱讀盲文)擷取有意義的資訊,而VEST正是基於這樣的論點加以擴展。

在去年於休斯頓的「觸覺IEEE研討會」中,Novich發表一篇主題為《VEST:專為聽障者設計的振動觸覺替代裝置》(VEST: A Vibrotactile Sensory Substitution Device for the Deaf)的研究論文,並展示一款可穿戴式背心,背心中裝載了一個佈滿整個衣料的小質量馬達網路。

用戶可透過Android智慧型手機擷取環境中迎面而來的語音,錄製後壓縮並透過藍牙以20ms的音訊訊框串流至背心中。0至4kHz的音頻範圍被分成24個頻段,並分別對應至特定的振動馬達,使每一音訊映射至穿戴者軀幹,從實現獨特且複雜的振動模式。

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你可能直覺認為這些觸覺模式的設計與實際的聲波有關,就像我們的軀幹在一個發出巨響的喇叭前也會產生振動一樣。但其實不然,小質量馬達在整個軀幹上的實際佈局並不重要,但它所產生的整個觸覺效果是全新且未曾被探索過的,這種模式過於複雜是人們無法感覺到轉化過程的一種振動形式。

然而,針對完全失去聽力的聽障受測者進行初步試驗顯示,經過幾個小時的訓練後,所區別的振動模式與理解的單獨字詞存在一致關係。

「以VEST設計這種小型馬達網路並沒有什麼基本原則,」Novich表示,「因為我們的皮膚上都有感官受體,只要致動器彼此之間存在足夠的距離而能獨立作業,那麼放在哪裡都不成問題。所以,只要彼此不要放的太靠近即可。例如採用邏輯佈局以簡化或加速訓練的條件也仍適用。但我們能以這樣的方式為聲音進行轉碼,讓所有的資訊到達腦部。」

最後這一點尤其重要,雖然透過感官置換,但這能讓大腦弄清楚卯有的意義。以目前來看,24個特定頻率的小型馬達接收3位元輸入(8種不同的振動級),雖然不多但足以擁有可辨別的所有語音資訊(重點即在於保持間距)。


為了進一步比較,Novich指出,「如果以計算來看,它超過了10-20ms,這大約是3,000bit/s或低位元率語音編解碼器(Codec)。」至於致動器的數目,研究人員們設定24作為實際的實驗建置,以便於產生可利用的結果。

“當然適用的數量越多越好,才能提供更多的資訊以及更少壓縮,但你必須弄清楚如何進行連接,而且還要斟酌最佳的能量與重量平衡,」Novich補充說。

如今,這種新型背心還找到了深入其他應用的方式,例如它可為任何種類的資料進行轉碼,而不再僅限於人體的感官資料。

事實上,穿戴這種觸覺背心後,穿戴者將會不自覺地學會任各種機器資料,以及根據訓練學到的辨識或詮釋模式來理解其意義,使得VEST成為真正通用的「資料-人腦」轉碼器機器。

「此外,飛機的飛行員也可以不必讓眼睛一次專注在許多不同元素上,他們可以從駕駛艙接收完整的飛行資料,透過身體感受整套系統,以普遍的直覺感受飛行的情況,」Novich說。

在萊斯大學電子與電腦工程學研究所學生的協助下,研究人員們現正利用高達40個壓電致動器來進行更先進的設計——一款專為聽障者設計的更輕且較不引人注意的穿戴裝置。相較於當今聽障人士所用的「人工電子耳」,這款新式的VEST擁有具競爭力的價格優勢,而且還可嘉惠其他更多應用。

「我們的原型已經相當接近於商用化階段了,」Novich說,該校實驗室最近剛成立一家新公司——Neosensory,現在正在籌措資金以期完成最後的開發作業,使產品儘快上市。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Vest Uses Haptics for Speech by Feel,by Julien Happich)





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