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【竞赛访谈录】23年磨一剑——我校“互联网+”全国获奖项目“十二通道皮肤助听器”侧记
17-09-29 15:57:39 文/大学生记者团 董鑫鑫 屈文斌 张益卓 图/大学生记者团 张星 张子铭 点击: []

视频新闻链接:http://news.www.sust.edu.cn/info/1047/30116.htm
      9月16至18日,第三届中国“互联网+”大学生创新创业大赛全国总决赛在西安电子科技大学举行,我校两个项目从全国37万个项目中脱颖而出,获国家银奖2项,在陕西省属高校排名第一,创历史最好成绩。其中电气与信息工程学院李建文教授立足于多年的科研积淀,带领学生团队培育的“十二通道皮肤助听器”科研备受瞩目,先后受到陕西电视台、中国青年在线等多家媒体的采访报道。


陕西省委常委、西安市市委书记王永康(前排左四)、西安市委副书记,市政府市长、党组书记上官吉庆(前排左三)与获奖团队合影

消息在校园里不胫而走,“十二通道皮肤助听器”迅速吸引了师生们的眼球,皮肤听声器?设计者为什么会有这样的科研创意?它是基于什么样的设计原理?怎样用皮肤代替听觉系统来接收声音?其中包含了什么技术难点?这一切都起源于我校电气与信息工程学院教授李建文23年前一个大胆的科研想法。

最初的梦想

时间追溯到1994年,陕西科技大学计算机系专业教师李建文教授首次提出了皮肤听声的概念。当时,偶然了解到社会上许多听力残疾人因为昂贵的手术费而终生抱恨的事实,他萌生出一个科研思路:“皮肤是人体最大的感觉资源,如果能够充分利用皮肤资源接收声音并传递信息给大脑,那将会彻底解决聋哑人听声的难题。这种设备将会胜过任何其他形式的助听器或者人工耳蜗。”


李建文教授讲解皮肤助听技术

有了这样的想法,他并没有默默放在心里,而是千方百计的寻找相关资料和可利用设备。当他提出想进行这个项目的研究时,学校许多老师不理解,同事朋友们的嘲笑他是天方夜谭,不仅专业差距大,而且缺乏科研启动资金等一系列问题迎面而来,一道道难题排在这个满心火热的青年教师面前。

可是,硬是凭借着一股子“倔劲”,他把这个项目坚持了下来。“这样一个解决社会难题、对社会有益的事情,为什么不去做呢?”有了这样的信念,外人眼中的怀疑、技术知识的不过硬、缺乏资金支持···这些所有的问题,在他眼中都都不是关键,真正至关重要的是“皮肤听声”这项研究具备巨大的社会效益。在这个领域只要做出一点点进步都是对科学研究的巨大贡献。

数学与计算机技术是他的本行;需要电子方面的技术,他去学;需要人体解剖学技术,他去学。活到老,学到老。从1994年到2017,这23年的时间里,他从未放弃,亦不曾停止奋斗。如果说机会总是留给那些有准备的人,那么他的团队能够在互联网+比赛中获得国家银奖,正是“厚积薄发”的充分印证。

发展新的团队

时间推移到2000年,随着科技的发展,人们的视野也变得更加开阔,由于一部分技术难点的解决,“皮肤听声”似乎变得并不遥远,李教授的研究也吸引了一部分同事的加入,也陆续有研究生和本科生加入,他们一起探讨,解决技术问题,稳扎稳打,一步一步朝着目标靠近。

2006年,项目“声-电转换皮肤听声的进一步研究”获得国家自然科学基金的资助,学校也划分的配套资金团队愈发壮大。最初那个“异想天开”的想法已经逐渐变为实物,“十二通道皮肤助听器”这个阶段性的产品已经具备了明显的实用价值。李教授为这个产品取名为“十二通道皮肤助听器”,目的在于说明通道数与分辨语音效果密切相关,以后会出现24通道、48通道皮肤助听器。当初瘦弱的种子,如今破土发芽了,并且向上抽叶,向下扎根,俨然有长成大树之势。

“皮肤助听器”又称为“皮肤听声器”,囊括了数学、计算机、电子学、人体解剖学等多方面的知识,科技含量极高。皮肤助听器利用电子学带通滤波技术实现分辨声音频率的能力,完全外用,不依赖人体听觉系统,通过皮肤感觉神经传递声音信息,是一个崭新的方法,证明了人类不同的感觉器官在一定程度是可以替代的。

“皮肤听声器”由麦克风、麦克风连线、主机、电极阵列连线以及电极阵列组成。其中麦克风戴在耳朵后面,用于接收外界声信号;主机放在衣服口袋里,负责处理声音信息;电极阵列贴着皮肤,模拟人耳与大脑的联系;麦克风连线以及电极阵列连线负责传导信号,可以视情况放在衣服内等不影响美观的地方。

突破新的技术

陕西科技大学皮肤听声研究所成立于2008年,到2017年,李教授所带领的皮肤听声团队已经变得很强大。今年7月出访美国洛杉矶,与著名科学家方丹群教授探讨了皮肤听声技术,得到方丹群教授的高度赞扬,并频李建文教授为美国声与振动研究院副院长。此时的他虽然年已近花甲,但是却越发斗志昂扬。在他的带领下,齐勇、贺岭等青年教师以及杨亚威、毕璐、于程媛、岳千、王奥运、高涵、朱晓龙、李杰等一批研究生夜以继日地投入科研项目中,经常到了深夜,实验室依然灯火通明。皮肤听声团队不断强大,十二通道皮肤助听器的质量也进一步提高。


获奖团队研究生成员杨亚威展示皮肤助听器

23年前默默埋下的那粒种子,现已经破土而出、亭亭如盖了。但是李教授依然不满意,如何再缩小产品体积?蓝牙技术如何代替导线?他依然在为皮肤听声器的进一步完善夜以继日地忙碌着。因为一旦开启了新世界的大门,在追求真理的道路上,科研人员永远不知疲倦。在实验室里,往往一个小改变就会有很大的不同。比如,仪器与人皮肤接触的地方本来是设定在耳朵后面的,但不断实验的过程中大家发现,固定在胳膊上不仅可以增大仪器与皮肤的接触面积,增加仪器精密度,还能更加方便固定、更加美观,这个与技术无关的小改变就是一个突破。

实践是检验真理的唯一标准,这个“实践”放在实验室里就是不停地试错,不断地排除错误选项,一步步地趋于完美,更加接近真理。毫无疑问,这个过程是极其枯燥的,但李教授认为,要享受那些看似枯燥的过程,善于从中发现与常理相违背的实验事实,做出假设并且再次实验验证,因为只有这样,才会有进步,才会有突破,才会有创新。“在实验中发现的那些常理不能解释现象,发现那些引起错误的原因才是最可贵的!”

超越人工耳蜗

厚积而薄发,在第三届全国“互联网+”大学生创新创业大赛上,“十二道皮肤助听器”项目一亮相,就让评委席眼前一亮。是因为它比目前市面最先进的听力辅助产品——人工耳蜗具备更多的优势。


皮肤助听器一代产品

优势之一:人工耳蜗是通过给患者植入人工制造的电子耳蜗来弥补原来听力上的障碍,但如果剧烈运动就有可能导致耳蜗脱落,这样一来患者就需要承受一定的风险。此外人工耳蜗的植入会在完全破坏患者的残余听力,具有巨大的手术风险;但皮肤听声器并不存在这种风险及副作用,它不并作为人体的一部分,而是一个帮我们“听”的工具,需要的时候随时戴上,不需要的时候随时取下,不对身体造成任何伤害。

优势之二:每台人工耳蜗的价格市场价均在10万元以上,双耳均植入则需20万以上,且后续的训练也需要大量的资金投入。而皮肤听声在价格方面显得廉价啦,一个皮肤听声器目前是6000元,随着以后的市场化,可能还会降低。购买后你需要支付的也只是每天维持仪器运作的电费而已。

优势之三:在产品的效果测试方面,人工耳蜗往往需要对患者较长时间的后续观察,对于结果的收集和分析难度大;但皮肤听声器可以以正常人作为实验对象,快速地得到测试结果。

优势之四:皮肤听声器和皮肤接触的同时也并不影响皮肤的其他功能,其对皮肤产生的微弱刺激是良性的,就像适当的运动可以健身一样,微弱的皮肤刺激会产生良性的效果,也是对皮肤的另一种“锻炼”。而人工耳蜗它在人耳内,不可避免的会损伤人耳内的听神经。

基于这些优势,“十二道皮肤助听器”在大赛中斩获佳绩,这给了李教授和团队学生们莫大的信心。在原来的声学研究中,《声学手册》是声学学习者的基础读物,它提出人类的声音接收器官只能是通过耳朵,而李建文提出“皮肤听声”不局限于耳朵接收声音,而是让外界声音通过皮肤直接和大脑建立联系,是抛开表象看本质的创举。这个理念的宝贵之处不在于发明了一种可以建立皮肤和听觉神经联系的设备,而是提醒了我们皮肤是重要的感官资源,具有面积大,耐受性强等优点,也许在将来,皮肤能否代替其他感官感知世界也未可知……

这是李教授多年来的坚持,也是他带给科学界的一份礼物。

开创新的可能

人类由于自身器官分辨度的限制,我们只能听到20~20000HZ的声音,那么这个世界上的声音我们到底错过了多少?你难道从来没有想过听一听蝴蝶煽动翅膀的声音,蝙蝠的叫声,风摇叶子的声音,草结种子的声音?只要在皮肤听声器的主机进行适当的改装,它就可以使佩戴者听到那些平常听不到的各种声音,颠覆原来的声觉体验!这不仅仅是新奇,而是发现了另一个世界。

基于这一点,团队里有老师提出把这项技术与军队的特种作战联系到一起。设想一下,如果那些优秀的士兵在野外作战时佩戴,便能听到动物细微的响动,从而有效避免毒蛇等猛兽的袭击;在潜伏时能够听到靠近者的呼吸,以便做出相应躲避策论;专用的皮肤听声器能够接收特定频段和特别小的声响,便能够避免声波炸弹的危险等等……这难道不是一场革命吗?

夯基垒台,立柱架梁。23年的时间,李建文教授认为自己仅仅是用这些时间把“地基”给搭好了。他的理想,是让“皮肤听声”不仅可以为听力障碍的人服务,而且要能扩展到其他的三百六十行,挖掘出更多的潜能和无限种可能。“我希望通过互联网+比赛这个万众瞩目的平台,让“皮肤听声”的理念深入大众,希望有更多人关注、加入我们,共同来呵护这一新生事物,为它的发展贡献力量。”

新闻小贴士:

“互联网+”大学生创新创业大赛是一项针对大学生创新创业的赛事。它旨在引导全国各地各高校主动服务创新驱动发展战略,积极开展教学改革探索,把创新创业教育融入人才培养,切实提高高校学生的创新精神、激发大学生的创造力,提高创业意识和创新创业能力,以创新引领创业、创业带动就业,推动高校毕业生更高质量创业就业,从而促进“互联网+”新业态形成。

(核稿:杜杨 编辑:雷超)

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