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機器人的耳朵：聲音傳感器
DANBACH ROBOT
機器人要和人對話，先必須能聽見人說話，否則就會既聾又啞，不能實現(xiàn)與人的對話。因此，智能機器人的聽覺是科學(xué)家研究的重點之。
人的耳朵和眼睛樣是重要的感覺器官，聲波叩擊耳膜，刺激聽覺神經(jīng)的沖動，之后傳給大腦的聽覺區(qū)，形成人的聽覺。機器人的耳朵通常是用“收音器”或“錄音機”來做的。被送到太空去的遙控機器人的耳朵就是架無線電接收機。
人的耳朵是十分靈敏的。我們能聽到的較微弱的聲音，對耳膜的壓強每平方厘米只有百億分之幾千克。可是，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小的東西反射回來的聲波也能被它“聽”得清清楚楚。如果用這樣的耳朵監(jiān)聽糧庫，那么即使2千克的糧食里有條小蟲爬動的聲音也能被它準確地“聽”出來。
日本京都大學(xué)奧乃博教授和科學(xué)技術(shù)振興團中臺博研究員在這方面取得了突破，發(fā)明出帶有“人耳”的機器人。“人耳”機器人利用了仿生學(xué)原理，它的耳朵形狀和人耳樣，對各個方向傳來的聲音均有聚音作用，而且分辨能力超過人耳，可以同時聽清3個人的講話。這種“人耳”的制作材料是硅，前后左右裝有驅(qū)動裝置，耳朵深處裝有話筒。耳朵起天線的作用，對周圍的聲音有接收功能。耳朵表面由硅膠包裹，可以防止聲音反射，進而增強了聚音效果。
另外用壓電材料做成的機器人“耳朵”也能夠聽到聲音，原理是壓電材料在受到拉力或者壓力作用時能產(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候，就產(chǎn)生了隨聲音信號變化而變化的電流，這種電流經(jīng)過放大器后送入電子計算機進行處理。這樣，機器人就能聽到聲音了。
聽覺傳感器是機器人的耳朵。能聽到聲音只是做到了步，更重要的是要能識別不同的聲音。目前，人們已經(jīng)研制成功了能識別連續(xù)語音的裝置，它能夠以99%的比率，識別不是特別指定的人所發(fā)出的聲音，這項技術(shù)使得電子計算機具有了“聽話”功能，這將大大降低計算機操作人員的工作復(fù)雜度。操作人員可以用嘴直接向計算機發(fā)布指令，改變了人們以往操作機器時手和眼睛忙個不停而嘴巴和耳朵卻是閑著的狀況。利用“機器耳”，個操作者可以用聲音同時控制四面八方的機器，還可以對樓上樓下的機器同時發(fā)出指令，而且不需要照明，這樣就使得機器人可以在夜間或地下工作。比如管道清理機器人、排爆機器人、裝卸機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)省時間。
僅僅要求對聲音產(chǎn)生反應(yīng)的聽覺傳感器是比較簡單的，只需用個聲電轉(zhuǎn)換器就能辦到。但若讓家用機器人聽懂主人的語言指令，根據(jù)指令去打掃房間、開關(guān)房門、倒垃圾等，那就很困難了。而若進步要求機器人能與主人對話，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
機器人可不可以像人樣有聽覺，能聽到環(huán)境中的聲音呢？當(dāng)然可以，我們可以給機器人安裝個聲音傳感器。聲音傳感器實際上就是個類似話筒或者耳麥的設(shè)備，用它來接收聲音信息。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聲音和音量的大小，而不能分辨語義。比如，個聲控機器人聽到聲音就開始前進，再次聽到聲音后就停止運動。聲音傳感器能夠檢測到的聲壓大于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語音處理及辨識技術(shù)識別人的講話，還可以正解理解些簡單的語句。由于人類的語言非常復(fù)雜，詞匯量相當(dāng)豐富，即使是同個人，其發(fā)音也會隨環(huán)境及身體狀況變化而變化。因此，要使機器人的聽覺系統(tǒng)具有接近人耳的功能，除了擴大計算機容量及提高其運算速度外，還需人們在其他方面做大量艱苦的研究、探索工作。另外，人們還在研究使機器人能通過聲音鑒別人的心理狀態(tài)，希望未來的機器人不光能夠聽懂人說的話，還能夠理解人的喜悅、憤怒、驚訝和猶豫等情緒。這些都給機器人的應(yīng)用帶來了大的發(fā)展空間。
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