在你看不到的地方，說話這件小事對于許多人來說「難于登天」：2014 年美國一項針對發聲障礙的研究發現，近 1800 萬成年人在使用聲道說話時存在困難，而該群體中超過一半的人經歷過言語衰弱問題的時間超過 10 年。

現在，一種新型非侵入式可穿戴設備成為了這一醫療需求新的解決方法。該技術包括粘附在脖子上的輕質貼片，該貼片可以測量人的頸部運動。接著，設備處理器將這些信號轉換為語音，然后播放語音音頻來代替人類發聲。

這項研究由來自加州大學洛杉磯分校（UCLA）生物醫學工程助理教授 Jun Chen 領導的研究小組完成。相關研究登上《自然通訊》。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45915-7

該團隊創造了一種靈活的電磁響應可穿戴設備，可以測量細微的頸部肌肉運動。然后，下游設備（不是傳感貼片）使用經過訓練的可識別一組短語詞典的機器學習算法，將貼片感應到的肌肉運動解碼為語音。

這項技術可以造福那些受傷或患有聲帶麻痹疾病的人，以及那些做過喉切除術的人。

不過，該設備可以播放的句子數量有限，目前的原型 AI 模型僅能從五個句子中做出選擇：嗨，你今天過得怎么樣？；希望你的實驗進展順利！；圣誕節快樂！; 我愛你！; 我不相信你。此外，該模型根據沒有任何言語障礙的人的頸部運動進行了訓練和測試。

無聲的醫療技術

醫療設備公司 Atos Medical 的臨床教育家 Barbara Messing 博士表示，「為患者提供更多選擇有助于提高他們的生活質量，這就是我們所有人都想要的。」

為了讓用戶聽得見聲音，該設備將感應到的肌肉運動信號傳遞給在外部處理器上運行的機器學習模型。該模型經過訓練，可以檢測與固定數量的預定義句子相對應的肌肉運動模式。當它檢測到這些短語之一時，處理器就會通過像揚聲器一樣的振動貼片來播放該句子。

研究人員開發了一種由人工智能驅動的發聲貼片，可以非侵入性地粘附在喉部。然后，磁感應線圈和其中的柔性磁性材料就可以推斷皮膚下頸部和喉嚨的運動。

這個系統的喉部貼片應用了 Jun Chen 教授小組的關于新材料科學的研究成果，他們利用了材料當中一種稱為磁彈性的特性。在這種特性下，材料在被拉伸和壓縮時，其磁場強度會發生變化。日常活動和頸部運動會拉伸貼片，導致磁場發生變化，然后由內置的柔性感應線圈進行測量。這些材料協同工作，感知用戶頸部肌肉的微小 3D 運動。

新型磁彈性材料的靈活性使其能夠粘附并準確跟蹤用戶頸部肌肉的運動，這是先前已知的由磁彈性材料制成的類似傳感器無法做到的。為了進一步提高其靈敏度，該小組將材料塑造成剪紙圖案（一種類似于折紙的紙工藝，允許切割），使傳感器在較小的拉伸和偏轉下表現均勻。

Jun Chen 教授表示，未來他們致力于將其研究成果轉化為醫療設備，不斷的優化設備并標準化批量生產的制造程序，改進軟件和硬件，增加翻譯詞匯量和準確性，讓設備更加人性化。Jun Chen 教授估計，他們將在 3-5 年內生產出一種可行的醫療設備。