حلزون مصنوعی جدید که عملکرد سمعک‌ها را بهبود می‌بخشد

محققان یک حسگر میکروالکترومکانیکی جدید با الهام از حلزون گوش ساخته‌اند. این حسگر نسبت به سمعک‌های معمولی می‌تواند سیگنال‌های متفاوت را در محیط‌های شلوغ تشخیص دهد.

در سال های اخیر،مهندسان الکترونیک طیف گسترده‌ای از سیستم‌ها را با الهام گرفتن از فرایندهای بیولوژیکی انسان‌ها و حیوانات توسعه داده‌اند. اگر تولید این سیستم‌ها بالا برود، می‌توانند در آینده بسیاری از مشکلات دنیای واقعی را با اطمینان بیشتر و مؤثرتر حل کنند. محققان اخیرا یک حسگر میکروالکترومکانیکی جدید با الهام از حلزون گوش ساخته‌اند.این حسگر در پاسخ به ارتعاشات صداهای متفاوت،می‌تواند صداها را پردازش کنند و نسبت به سمعک‌های معمولی قادر است.سیگنال‌های متفاوت را در محیط‌های شلوغ تشخیص دهد.یک محقق در این مورد گفت:«ایده این تحقیق ساخت سلول‌های مصنوعی شبیه سلول‌های مویی در گوش داخلی بود که وظیفه تشخیص صدا در گوش انسان را بر عهده دارند.ما برای این کار از نتایج تحقیقات قبلی الهام گرفتیم و به این نتیجه رسیدیم که می‌توانیم با استفاده از کنسول‌های سیلیکونی الکترونیکی،سلول‌های مصنوعی را با کارایی بالاتری بسازیم.»توجه به این موضوع مهم است که عملکرد گوش انسان و سایر پستانداران بسیار متفاوت از سمعک‌ها است چون سمعک‌ها می‌تواند همه فرکانس‌ها و همه صداها را به طور همزمان تشخیص دهند.از سوی دیگر، گوش‌ حاوی سلول‌های پرزدار مختلفی است که مسئول تشخیص صداهای متفاوت هستند.

این محقق ادامه داد:«اگر بخواهیم صدای گفتگو را از صداهای پس‌زمینه جدا کنیم،می‌توان سیگنال سلول‌های مصنوعی را به‌صورت جداگانه تنظیم کرد به‌طوری که فقط تُن صدای گفتگوی فرد با طرف مقابل زیاد باشد.»حلزون میکروالکترومکانیکی ایجاد شده توسط محققان دو جزء کلیدی دارد.جزء اول شامل یک سری کنسول کوچک سیلیکونی است که به‌عنوان سلول‌های پرزدار مصنوعی طراحی شده‌اند و سیگنال‌های صوتی ناشی از محیط اطراف را تشخیص می‌دهند.جزء دوم هم شامل یک حلقه بازخورد است که نوع صدا را به صورت جداگانه تنظیم می‌کند.یک محقق دیگر گفت:«در صورت برخورد صدا به سلول‌ها،کنسول‌ها نوسان می‌کنند و این نوسان توسط یک سیستم بازخوانی یکپارچه به عنوان یک سیگنال الکترونیکی اندازه گیری می‌شود.سپس حلقه بازخورد سیگنال اندازه گیری شده را تقویت می‌کند برای مثال افزایش، حساسیت و پهنای باند آن را تعدیل می‌کند.همچنین سلول‌های مصنوعی را نیز می‌توان به صورت غیرخطی تنظیم کرد،به این معنی که این سلول‌ها بر اساس دریافت دامنه صداها تغییر می‌کنند.برای این منظور می‌توان صداهای کم را تقویت کرد و صداهای بلندتر را کاهش داد تا اطمینان حاصل شود که تمام صداهای ضبط شده توسط انسان قابل تشخیص هستند.از آنجایی که هر کنسول فقط به فرکانس خاصی از صدا واکنش نشان می‌دهد،می‌توان از تعداد زیادی از آن‌ها برای تجزیه صدا به فرکانس های مختلف استفاده کرد، مشابه روشی که در گوش انسان انجام می شود.

همچنین صداهای دریافتی از هر کنسول را می‌توان به صورت جداگانه تنظیم کرد،بنابراین می‌توانیم نحوه حس کردن صداهای مختلف را تغییر دهیم.قرار دادن همهٔ این ویژگی‌ها با هم،باعث می‌شود که این سیستم در شرایط مختلف سازگاری بالایی داشته باشد.»سازگاری بالای حلزون میکروالکترومکانیکی معرفی شده توسط محققان می‌تواند در دنیای واقعی بسیار سودمند باشد،زیرا محیط های مختلف مانند یک اتاق آرام،ایستگاه قطار،مرکز خرید و غیره شامل صداهایی با فرکانس‌های متفاوت است.با تعدیل کردن حسگر موجود در کنسول‌ها،آنها می‌توانند صداهای بسیار بیشتری را نسبت به سمعک‌های معمولی دریافت کند.هنگامی که این حسگرها صداهایی را در محیط اطراف خود ضبط می کنند،ضبط صدای آنها باید با استفاده از نرم افزارهای تخصصی برای تشخیص سیگنال‌های ضعیف،عمیقاً تجزیه و تحلیل شوند.یک محقق گفت:«ما با موفقیت ویژگی‌های شنوایی انسان را مستقیماً از طریق یک حلقه بازخورد بسیار ساده و سریع در حسگر پیاده‌سازی کردیم.

این کار دو نتیجه مهم دارد.اول اینکه سیستم به سرعت با محیط‌های مختلف سازگار می‌شود و این برای کاربرد در موقعیت های مختلف بسیار مهم است.یکی دیگر از مزایای حلزون مصنوعی این است که می‌توان از آن برای توسعه سمعک‌هایی با عملکرد بهتر،بلندگوهای هوشمند،سیستم‌های امنیتی و غیره استفاده کرد.علاوه بر این ساخت وسایل با الهام از فرایندهای بیولوژیکی انسان پیچیده‌تر است و این امر باعث می‌شود که استفاده از دستگاه‌هایی مانند سمعک،بلندگوهای هوشمند و غیره در محیط‌های مختلف سخت‌تر شود.»کم شنوایی معمولاً به دلیل از دست دادن سلول‌های پرز دار در گوش داخلی ایجاد می‌شود که به نوبه خود توانایی شنیدن صداهای خاص را محدود می‌کند.از آنجایی که حلزون مصنوعی جدید معرفی شده توسط محققان عملکرد سلول‌های مو را تکرار می‌کند،اما محققان در حال حاضر در حال ارزیابی پتانسیل آن برای ایجاد سمعک‌هایی با عملکرد بهتر هستند.