新型自供电喉咙贴片可以帮助人们在没有声带的情况下说话

该贴片可能为因声带问题而无法说话的人提供一种非侵入性的交流工具。

一种紧贴颈部的新型灵活设备可以将肌肉运动转化为语音，使人们能够在不使用声带的情况下说话。

这个小贴片不仅可以检测与语音相关的喉咙运动，还可以利用该运动来发电，这意味着该设备可以在没有电池或插入电源的情况下运行。

周二（3 月 12 日）《自然通讯》杂志上发表的一项研究描述了该设备，理论上可以帮助因声带受损或麻痹而导致声音障碍的人进行交流，包括那些从喉癌手术中恢复的人。

该研究的主要作者 Jun Chen 是加州大学洛杉矶分校的生物工程助理教授，他告诉《生活科学》杂志，在他花了几个小时的演讲并感觉自己的声音变得疲劳的。他开始想象一种方法来解决这个问题，使人能够在不使用声带（也称为“声带”）的情况下说话。

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这种想法促使陈和他的同事设计了一个软补丁，可以让人们在失去说话能力或从暂时性声音障碍中恢复时能够说话。

2021 年研究的资深作者 Chen 表示，该贴片的设计依赖于 2021 年在《自然材料》杂志上发表的研究以及之前的材料研究。

自 19 世纪中叶以来，科学家们已经知道，某些刚性金属在受到机械应力时其磁性会发生变化。一个例子是一种名为 Galfenol 的铁和镓合金，当材料受到挤压或变形时，其磁性状态会发生变化。在 2021 年的研究中，陈和他的同事展示了同样的概念可以适用于由嵌入薄硅内的微小磁铁制成的软材料。

现在，在最新的研究中，研究小组将这种材料制成了一个贴片，可以对喉咙肌肉运动施加的微妙压力做出反应。当一个人执行说话所需的动作时，材料会产生可以转化为语音的电信号来做出反应。

为了实现这一点，贴片由五层非常薄的层组成。贴片的外层由柔软、有弹性的硅材料制成，而中间层由硅和微磁铁制成，产生随喉咙肌肉运动而变化的磁场。它周围的两层由铜线线圈制成，将这些磁场变化转化为电信号。

然后，这些电信号被输入机器学习算法，将脉冲转换成语音。为了训练算法，研究中的每位参与者重复了 5 个短语，每次 100 次，同时程序跟踪他们的喉咙运动。这教会系统将特定动作与给定短语关联起来。

在一项涉及 8 名没有语言问题的人参与的技术演示中，该算法将贴片的电脉冲转换为语音的准确率约为 95%。这些测试是使用算法训练时使用的相同短语和句子完成的，包括“圣诞快乐”和“我希望你的实验进展顺利”，这些人在站立、行走和跑步时都会说这些话。

在不同的实验中，参与者被要求大声说出句子或“无声发音”。这些测试表明，无论哪种情况，算法都可以可靠地将肌肉运动转换为正确的波形。

新型磁致弹性喉咙贴片的特写

新的贴片非常灵活，可以贴在脖子上。

尽管这些结果很有希望，但该补丁仍处于开发的早期阶段。它的测试仅限于八个人说几句话，并且尚未在患有言语障碍的人中进行测试。陈说，另一个限制是，当前的贴片制造工艺需要扩大规模并提高效率，才能生产大量贴片。

陈补充说，展望未来，研究人员还希望提高设备翻译句子的能力。

根据《喉镜》杂志 2005 年发表的一项调查，大约 30% 的人一生中至少患有一种嗓音障碍。克利夫兰诊所报告称，3% 至 9% 的美国人会出现失声或失声的情况。失音症可表现为声音嘶哑、无法以耳语说话或完全失声。

现有的帮助无法说话的人的技术——例如一种名为“电喉”的小型电池供电设备——通常价格昂贵或具有侵入性，许多人无法使用它们。其他设备依赖于将书面文本或符号集合翻译成语音，这不能直接替代谈话。作者在报告中写道，如果被证明有效，新补丁可以使此类辅助技术更加方便且侵入性更小。

本文仅供参考，并不旨在提供医疗建议。