具备语音识别功能的电子皮肤

转自微信公众号：柔性电子服务平台

作者：白羊

介绍

现如今，在工作和生活中我们经常接触到语音识别功能，但是智能设备用麦克风检测声压而识别语音时很容易受到周围环境和噪音的影响。近日，来自韩国浦项科技大学的Kilwon Cho教授和Yoonyoung Chung教授及他们的团队开发了一种超薄、符合皮肤要求的语音识别电子皮肤。该设备可以粘贴到用户的颈部，通过颈部皮肤的振动准确地进行语音识别。

技术

该技术的要点是将一种低刚度、低阻尼的聚合物引入到超薄的膜片结构中，与商用设备相比，该设备在语音频率范围内具有更高的灵敏度和平坦的频率响应。因为传感机制是基于皮肤振动而不是声压，传感器可以在有环境噪声或口罩的情况下清楚地识别人类的声音。

首先，他们研究了不同等级声压与颈部皮肤振动的关系，发现皮肤振动加速度与声压高度线性相关。基于这一特性开发出一种装置通过检测皮肤加速度准确地检测整个频谱的声音，确保其与当前语音识别系统和人耳高度兼容。同时由于其低硬度和超薄的结构，该装置在皮肤上表现出舒适的适配性。这些优势意味着，这种设备具有作为下一代语音识别设备的巨大潜力。尤其在HMI和物联网应用领域，需要在恶劣的声学环境下精确的语音信息。

装置

整个制造过程包括将牺牲层、顶电极、膜片和膜片支架依次沉积到清洗过的玻璃薄片上，蚀刻牺牲层后，将样品从玻璃薄片中分离出来，翻转并转移到带有底部电极的聚合物基板上。

将Ti/Cu薄膜(10/150nm)热沉积在清洗过的玻璃薄片上作为牺牲层。在顶部电极上热沉积Ti/Au/Ti层(3/35/7nm)，并进行离型处理。最上层的Ti层(7nm)作为促进金与聚合物膜表面粘附的促进剂。采用微化学方法涂覆环氧树脂膜(360nm)，然后将得到的薄膜制作成一个带有气孔的圆形阵列。将样品在240℃下烘烤，使SU-8环氧基团完全交联，以获得所需的阻尼性能。额外SU-8层(1.2μm)自旋涂在隔膜上，形成图案。然后用正己烷的有机/水双相溶液和IPA(8 mol%)稀释的铜蚀刻剂(Transene,CE-100)对牺牲铜层进行腐蚀。当薄膜与载玻片分离时，分离层用正己烷双相溶液冲洗，电极/膜片/支撑层采用方孔聚芳基丙烯酸酯薄膜舀取，在空气中干燥。制造电极底部由Al(100nm)、聚对二甲苯(3μm)和Ti/Au(3/35 nm)顺序存入真空玻璃晶片上。将SU-8薄膜(20nm)自旋涂覆于Au表面作为粘接层。然后将干燥后的电极/隔膜/支撑层倒置，置于电极片底部，加热至120℃后按压。将悬浮在聚芳基丙烯酸酯薄膜方孔上的包括膜片在内的层转移到底部电极片上。将环氧基团交联在SU-8胶粘层上，使两种样品粘接均匀。用铝蚀刻剂去除牺牲铝层后，通过银浆和焊接将牺牲铝层的顶部和底部电极连接到外部接口电路板上进行电气表征。

图a 声压和皮肤振动加速度的线性关系；图b~h振动响应语音识别电子皮肤制作装置

参考文献：SiyoungLee, Junsoo Kim, Inyeol Yun, Geun Yeol Bae, Daegun Kim, Sangsik Park, Il-MinYi, Wonkyu Moon, Yoonyoung Chung & Kilwon Cho. An ultrathinconformable vibration-responsive electronic skin for quantitative vocalrecognition. Nature Communications. 2019

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