soyut
İşitme sistemi, insanoğlunun ve robotların bağlanması için en etkili ve açık iletişim stratejisidir. Burada, akıllı robotik uygulamalarda harici bir işitme cihazı için bir elektronik işitsel sistem ve bir mimari oluşturmak için bir öz-güç triboelektrik işitsel sensör (TAS) tasarladık. Yeni geliştirilen triboelektrik nanogenerator (TENG)
teknolojisine dayanan TAS, ultra yüksek hassasiyet gösterdi (110 milivolt / desibel). 100 ile 5000 hertz arasında geniş bant tepkisi olan bir TAS, sistematik optimizasyon ile dairesel veya sektörel iç sınır mimarisinin tasarlanmasıyla sağlanmıştır. Akıllı robotik cihazlarla birleştirildiğinde TAS, akıllı insan-robot etkileşimini gerçekleştirmek için yüksek kaliteli müzik kaydı ve doğru ses tanıma gösterdi. Ayrıca, TOD'un ayarlanabilir rezonans frekansı, doğal bir ses dalgasını doğal olarak yükseltmek için kullanılabilecek iç sınır mimarisinin geometrik tasarımının ayarlanmasıyla sağlanmıştır. Bu benzersiz özelliğe dayanarak, TENG tekniği ile sinyal işleme devresini kolaylaştıracak ve güç tüketimini azaltabilecek bir işitme cihazı önermekteyiz. Bu çalışma, TENG teknolojisinin, sosyal robot teknolojisindeki zorlukları karşılamak için yeni nesil işitsel sistemler oluşturmak için kullanılmasının önemli avantajlarını ortaya koymaktadır.
GİRİŞ
Robot teknolojisinin hızla gelişmesiyle, yeni jenerasyonda robot endüstrisi tarafından birçok büyük zorluk ele alınacaktır ( 1 ). En etkili ve en yalın iletişim kanalı olarak robotik işitsel sistemler için bir ölçüt, robotun sadece talimatlarımızı dinlemesini değil, aynı zamanda ses tonumuzu algılamamızı da gerektiriyor. Bu da, sosyal hayatımıza tam anlamıyla entegre edilmiş, empatiyi ve doğallığı gösteren akıllı bir mobil robot anlamına geliyor. sosyal davranışlar ( 1 - 3 ). Robotiklerle sosyal etkileşimi kolaylaştırmak için, robotik bir sistemdeki işitme sensörü, daha geniş bir frekans yanıtı da dahil olmak üzere daha hassas olmak suretiyle insan duyularını taklit etmelidir. Ek olarak, küresel nüfusun% 10'undan fazlası işitme bozukluğundan muzdariptir ( 4)., 5 ) ve bu kişilerin hizmet robotik potansiyel faydalanıcılar bulunmaktadır. Yaygın olarak, işitme engelli kişiler bir veya birkaç spesifik frekans bölgesini duyamazlar ( 6 , 7 ). Harici bir işitme cihazının amacı, belirli bozulmuş ses bölgelerini duyulabilir seviyelere yükseltmektir ( 8 - 10 ). Bu nedenle, işitme engelliler için işitme cihazı olarak frekans seçiciliği olan işitme sensörleri, insan-robot sosyal etkileşimlerini destekleyebilir. Ancak, robotlar ve insanlar arasındaki derin sosyal etkileşim, güçlü güçlü sensörler nedeniyle güç / enerji zorluklarını beraberinde getirecektir ( 1).). Geleneksel bir işitme sensörü, hassas sinyalleri bir işlem devresi ile birleştiren, böylece güç tüketimini artıran ve çalışma süresini kısaltan bir mikrofonu sıklıkla kullanır ( 7 ). Yeni enerji depolama teknolojisinin geliştirilmesinin yanı sıra, yüksek duyarlılığa, daha geniş frekans yanıtına ve frekans seçiciliğine sahip, kendi kendine yeten işitsel sensörlerdeki gelişmeler, robotiklerin sosyal etkileşim ve güç / enerji zorluklarını ele almada önemli bir rol oynayabilir ( 1 , 11 , 12 ). . Bu konulara değinmek için, birçok araştırma grubu piezoelektrik etkisine dayanan bir tür kendi kendine yeten işitsel platform geliştirmiştir ( 13 - 16 ). Geleneksel mikrofon teknolojilerinden farklı (17 - 19 ) bu trapezoid yapılı sensörlerin ( 13 - 16 ) kendiliğinden güç sağlayan (entegre algılama ve sinyal dönüştürme), daha geniş frekans yanıtı ve frekans seçiciliği gibi çeşitli avantajları vardır. Bununla birlikte, piezoelektrik sensörler, insan seslerinin frekans aralığı ile karşılaştırıldığında düşük bir çıkış sinyaline ve nispeten yüksek bir frekans yanıt bölgesine sahiptir. Ek olarak, çoklu sinyal kanalları, karmaşık üretim süreci ve piezoelektrik malzemeler bunları maliyetli hale getirmektedir ( 14 ). Bu eksiklikler, piezoelektrik işitsel sensörlerin, insanlar ve robotlar arasındaki sosyal etkileşime uygulanmasını sınırlandırmaktadır.
Son zamanlarda, triboelectrification ve elektrostatik indüksiyonun birleşmesine dayanan bir triboelektrik nanogenerator (TENG), hem enerji hasadı ( 26 - 31 ) hem de kendi kendine geniş uygulama alanları sergileyen yeni bir elektromekanik dönüşüm teknolojisi ( 20 - 25 ) olarak geliştirilmiştir. güçlendirilmiş mekanik algılama ( 32 - 36 ). Benzersiz çalışma mekanizmasına dayalı olarak, triboelektrik aktif sensörler, yüzlerce nanometre ( 37 ) üzerindeki hareketleri algılayarak ve insan vücudundan son derece zayıf arteriyel darbeleri izleyerek , mekanik uyarana karşı yüksek hassasiyet gösterdi ( 32 , 33).). Ayrıca çeşitli malzemelerden ve basit yapılardan yararlanılarak, Fan ve ark. ( 38 ) bir triboelektrik akustik enerji toplama cihazını göstermiştir. Ayrıca, koklear tonotopi taklit etmek ve insan sesinin daha düşük frekans aralığına yüksek bir tepki göstermek için bir triboelektrik çok kanallı trapez kiriş-yapılı yapay membran geliştirilmiştir ( 39 ). Bu yeteneklerle, bir triboelektrik işitme sensörü (TAS) robotiklerin sosyal etkileşimi ve güç / enerji zorluklarına basit bir çözüm sağlayabilir.
Burada hem robotik hem de insanlar için bir elektronik işitme sistemi kurmak için dairesel tip, kolay imalat, tek kanallı ve kendi kendine çalışan bir TAS'yi rapor ediyoruz. TMS'nin performansı hem teorik hem de deneysel olarak sistematik olarak çalışılmıştır. TAS, neredeyse insan sesinin frekans aralığını kapsayacak şekilde ultra yüksek hassasiyet (110 mV / dB'ye) ve 100 ila 5000 Hz arasında geniş bir frekans yanıtı gösterdi. Sosyal robotik etkileşim için düşük maliyetli, enerji verimli ve yüksek sadakatli bir işitsel platform olduğu kanıtlanmıştır. Dairesel / sektörel iç sınır mimarisini ayarlayarak, sensörün kendisinden uyarlanmış bir frekans tepkisi elde ettik ve işitme engelli insanları kurtarmak için bir işitme cihazı olarak uygulamayı gösterdik, böylece insan-robot etkileşimini işitsel anlamda tamamladık.
SONUÇLAR
TMS'nin temel yapısı ve çalışma mekanizması
TENG, elektronik işitme sisteminin inşası için bir teknolojidir. Şekil 1A , akıllı bir işitsel sistem için triboelektrik koklea (TEC) cihazını önermektedir. TEC cihazı yapay kulağın içine entegre edilmiştir. Temel TMS'nin katman katman yapısı yapısal şeması Şekil 1B'de gösterilmiştir .. Dairesel tip cihaz esas olarak bir florlanmış etilen propilen (FEP) ile kaplanmış üst elektrottan (birkaç delik kanalı ile), belirli bir boşluk oluşturulmuş aralayıcıdan (~ 100 mikron kalınlık) ve bağlı bir Kapton (DuPont) membranından oluşur. alt elektrot. Kapton membranın dış kenarı, halka şeklindeki akrilik levha ile sabitlenir ve iç film, titreşim için serbesttir. Frekans tepki modülasyonu için iç filme daha fazla yapı tasarımı uygulanabilir. Daha yüksek hassasiyet için yüzey yükü yoğunluğunu arttırmak için, Şekil 1C'de gösterildiği gibi FEP yüzeyinde nanoyapı yarattık .. TENG teknolojisindeki basit yapı ve özelliklerinden dolayı, cihaz küçük boyutlu, ince ve hatta geniş uygulama alanları için şeffaf olabilir ( Şekil 1D'deki temel cihazın resmine bakınız ). Detaylı cihaz imalat süreci Malzeme ve Yöntemler bölümünde açıklanmaktadır.
sciencemag
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder