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機(jī)器人的耳朵：聲音傳感器
DANBACH ROBOT
機(jī)器人要和人對(duì)話，先必須能聽(tīng)見(jiàn)人說(shuō)話，否則就會(huì)既聾又啞，不能實(shí)現(xiàn)與人的對(duì)話。因此，智能機(jī)器人的聽(tīng)覺(jué)是科學(xué)家研究的重點(diǎn)之。
人的耳朵和眼睛樣是重要的感覺(jué)器官，聲波叩擊耳膜，刺激聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)的沖動(dòng)，之后傳給大腦的聽(tīng)覺(jué)區(qū)，形成人的聽(tīng)覺(jué)。機(jī)器人的耳朵通常是用“收音器”或“錄音機(jī)”來(lái)做的。被送到太空去的遙控機(jī)器人的耳朵就是架無(wú)線電接收機(jī)。
人的耳朵是十分靈敏的。我們能聽(tīng)到的較微弱的聲音，對(duì)耳膜的壓強(qiáng)每平方厘米只有百億分之幾千克?？墒?，用種叫做鈦酸鋇的壓電材料做成的“耳朵”比人的耳朵還要靈敏，即使是火柴棍那樣細(xì)小的東西反射回來(lái)的聲波也能被它“聽(tīng)”得清清楚楚。如果用這樣的耳朵監(jiān)聽(tīng)糧庫(kù)，那么即使2千克的糧食里有條小蟲(chóng)爬動(dòng)的聲音也能被它準(zhǔn)確地“聽(tīng)”出來(lái)。
日本京都大學(xué)奧乃博教授和科學(xué)技術(shù)振興團(tuán)中臺(tái)博研究員在這方面取得了突破，發(fā)明出帶有“人耳”的機(jī)器人。“人耳”機(jī)器人利用了仿生學(xué)原理，它的耳朵形狀和人耳樣，對(duì)各個(gè)方向傳來(lái)的聲音均有聚音作用，而且分辨能力超過(guò)人耳，可以同時(shí)聽(tīng)清3個(gè)人的講話。這種“人耳”的制作材料是硅，前后左右裝有驅(qū)動(dòng)裝置，耳朵深處裝有話筒。耳朵起天線的作用，對(duì)周?chē)穆曇粲薪邮展δ?。耳朵表面由硅膠包裹，可以防止聲音反射，進(jìn)而增強(qiáng)了聚音效果。
另外用壓電材料做成的機(jī)器人“耳朵”也能夠聽(tīng)到聲音，原理是壓電材料在受到拉力或者壓力作用時(shí)能產(chǎn)生電壓，這種電壓能使電路發(fā)生變化，稱為電效應(yīng)。當(dāng)它在聲波的作用下不斷被拉伸或壓縮的時(shí)候，就產(chǎn)生了隨聲音信號(hào)變化而變化的電流，這種電流經(jīng)過(guò)放大器后送入電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。這樣，機(jī)器人就能聽(tīng)到聲音了。
聽(tīng)覺(jué)傳感器是機(jī)器人的耳朵。能聽(tīng)到聲音只是做到了步，更重要的是要能識(shí)別不同的聲音。目前，人們已經(jīng)研制成功了能識(shí)別連續(xù)語(yǔ)音的裝置，它能夠以99%的比率，識(shí)別不是特別指定的人所發(fā)出的聲音，這項(xiàng)技術(shù)使得電子計(jì)算機(jī)具有了“聽(tīng)話”功能，這將大大降低計(jì)算機(jī)操作人員的工作復(fù)雜度。操作人員可以用嘴直接向計(jì)算機(jī)發(fā)布指令，改變了人們以往操作機(jī)器時(shí)手和眼睛忙個(gè)不停而嘴巴和耳朵卻是閑著的狀況。利用“機(jī)器耳”，個(gè)操作者可以用聲音同時(shí)控制四面八方的機(jī)器，還可以對(duì)樓上樓下的機(jī)器同時(shí)發(fā)出指令，而且不需要照明，這樣就使得機(jī)器人可以在夜間或地下工作。比如管道清理機(jī)器人、排爆機(jī)器人、裝卸機(jī)器人等都可以在夜間工作，這樣既可以提高工作速度又能節(jié)省時(shí)間。
僅僅要求對(duì)聲音產(chǎn)生反應(yīng)的聽(tīng)覺(jué)傳感器是比較簡(jiǎn)單的，只需用個(gè)聲電轉(zhuǎn)換器就能辦到。但若讓家用機(jī)器人聽(tīng)懂主人的語(yǔ)言指令，根據(jù)指令去打掃房間、開(kāi)關(guān)房門(mén)、倒垃圾等，那就很困難了。而若進(jìn)步要求機(jī)器人能與主人對(duì)話，區(qū)別主人和其他人的聲音，從而只執(zhí)行主人的命令，那就更是困難重重了。
聲音傳感器
機(jī)器人可不可以像人樣有聽(tīng)覺(jué)，能聽(tīng)到環(huán)境中的聲音呢？當(dāng)然可以，我們可以給機(jī)器人安裝個(gè)聲音傳感器。聲音傳感器實(shí)際上就是個(gè)類(lèi)似話筒或者耳麥的設(shè)備，用它來(lái)接收聲音信息。聲音的大小用音量表示，單位是分貝。
般的聲音傳感器只能感受到有無(wú)聲音和音量的大小，而不能分辨語(yǔ)義。比如，個(gè)聲控機(jī)器人聽(tīng)到聲音就開(kāi)始前進(jìn)，再次聽(tīng)到聲音后就停止運(yùn)動(dòng)。聲音傳感器能夠檢測(cè)到的聲壓大于90分貝。聲壓的等非常復(fù)雜，般的情況下在傳感器上的數(shù)字越小，就表明聲音越小。
現(xiàn)在的研究水平只是通過(guò)語(yǔ)音處理及辨識(shí)技術(shù)識(shí)別人的講話，還可以正解理解些簡(jiǎn)單的語(yǔ)句。由于人類(lèi)的語(yǔ)言非常復(fù)雜，詞匯量相當(dāng)豐富，即使是同個(gè)人，其發(fā)音也會(huì)隨環(huán)境及身體狀況變化而變化。因此，要使機(jī)器人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)具有接近人耳的功能，除了擴(kuò)大計(jì)算機(jī)容量及提高其運(yùn)算速度外，還需人們?cè)谄渌矫孀龃罅科D苦的研究、探索工作。另外，人們還在研究使機(jī)器人能通過(guò)聲音鑒別人的心理狀態(tài)，希望未來(lái)的機(jī)器人不光能夠聽(tīng)懂人說(shuō)的話，還能夠理解人的喜悅、憤怒、驚訝和猶豫等情緒。這些都給機(jī)器人的應(yīng)用帶來(lái)了大的發(fā)展空間。
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