機(jī)器人要和人對話，首先必須能聽見人說話，否則就會既聾又啞，不能實(shí)現(xiàn)與人的對話。因此，智能機(jī)器人的聽覺是科學(xué)家研究的重點(diǎn)之一。
區(qū)別于人耳的機(jī)器人耳朵
人的耳朵和眼睛一樣是重要的感覺器官，聲波叩擊耳膜，刺激聽覺神經(jīng)的沖動，之后傳給大腦的聽覺區(qū)，形成人的聽覺。機(jī)器人的耳朵通常是用“收音器”或“錄音機(jī)”來做的。被送到太空去的遙控機(jī)器人的耳朵就是一架無線電接收機(jī)。
人的耳朵是十分靈敏的。我們能聽到的最微弱的聲音，對耳膜的壓強(qiáng)每平方厘米只有一百億分之幾千克。可是，用一種叫做鈦酸鋇的壓電材料做成的“耳朵”比人的耳朵還要靈敏，即使是火柴棍那樣細(xì)小的東西反射回來的聲波也能被它“聽”得清清楚楚。如果用這樣的耳朵監(jiān)聽糧庫，那么即使2千克的糧食里有一條小蟲爬動的聲音也能被它準(zhǔn)確地“聽”出來。
日本京都大學(xué)奧乃博教授和科學(xué)技術(shù)振興團(tuán)中臺一博研究員在這方面取得了突破，發(fā)明出帶有“人耳”的機(jī)器人。“人耳”機(jī)器人利用了仿生學(xué)原理，它的耳朵形狀和人耳一樣，對各個方向傳來的聲音均有聚音作用，而且分辨能力超過人耳，可以同時聽清3個人的講話。這種“人耳”的制作材料是硅，前后左右裝有驅(qū)動裝置，耳朵深處裝有話筒。耳朵起天線的作用，對周圍的聲音有接收功能。耳朵表面由硅膠包裹，可以防止聲音反射，進(jìn)而增強(qiáng)了聚音效果。
另外用壓電材料做成的機(jī)器人“耳朵”也能夠聽到聲音，原理是壓電材料在受到拉力或者壓力作用時能產(chǎn)生電壓，這種電壓能使電路發(fā)生變化，稱為電效應(yīng)。當(dāng)它在聲波的作用下不斷被拉伸或壓縮的時候，就產(chǎn)生了隨聲音信號變化而變化的電流，這種電流經(jīng)過放大器后送入電子計算機(jī)進(jìn)行處理。這樣，機(jī)器人就能聽到聲音了。
機(jī)器人耳朵可以識別聲音
聽覺傳感器是機(jī)器人的耳朵。能聽到聲音只是做到了第一步，更重要的是要能識別不同的聲音。目前，人們已經(jīng)研制成功了能識別連續(xù)語音的裝置，它能夠以99%的比率，識別不是特別指定的人所發(fā)出的聲音，這項(xiàng)技術(shù)使得電子計算機(jī)具有了“聽話”功能，這將大大降低計算機(jī)操作人員的工作復(fù)雜度。操作人員可以用嘴直接向計算機(jī)發(fā)布指令，改變了人們以往操作機(jī)器時手和眼睛忙個不停而嘴巴和耳朵卻是閑著的狀況。利用“機(jī)器耳”，一個操作者可以用聲音同時控制四面八方的機(jī)器，還可以對樓上樓下的機(jī)器同時發(fā)出指令，而且不需要照明，這樣就使得機(jī)器人可以在夜間或地下工作。比如管道清理機(jī)器人、排爆機(jī)器人、裝卸機(jī)器人等都可以在夜間工作，這樣既可以提高工作速度又能節(jié)省時間。
僅僅要求對聲音產(chǎn)生反應(yīng)的聽覺傳感器是比較簡單的，只需用一個聲電轉(zhuǎn)換器就能辦到。但若讓家用機(jī)器人聽懂主人的語言指令，根據(jù)指令去打掃房間、開關(guān)房門、倒垃圾等，那就很困難了。而若進(jìn)一步要求機(jī)器人能與主人對話，區(qū)別主人和其他人的聲音，從而只執(zhí)行主人的命令，那就更是困難重重了。
聲音傳感器
機(jī)器人可不可以像人一樣有聽覺，能聽到環(huán)境中的聲音呢？當(dāng)然可以，我們可以給機(jī)器人安裝一個聲音傳感器。聲音傳感器實(shí)際上就是一個類似話筒或者耳麥的設(shè)備，用它來接收聲音信息。聲音的大小用音量表示，單位是分貝。
一般的聲音傳感器只能感受到有無聲音和音量的大小，而不能分辨語義。比如，一個聲控機(jī)器人聽到聲音就開始前進(jìn)，再次聽到聲音后就停止運(yùn)動。聲音傳感器能夠檢測到的聲壓大于90分貝。聲壓的等級非常復(fù)雜，一般的情況下在傳感器上的數(shù)字越小，就表明聲音越小。
現(xiàn)在的研究水平只是通過語音處理及辨識技術(shù)識別人的講話，還可以正解理解一些極簡單的語句。由于人類的語言非常復(fù)雜，詞匯量相當(dāng)豐富，即使是同一個人，其發(fā)音也會隨環(huán)境及身體狀況變化而變化。因此，要使機(jī)器人的聽覺系統(tǒng)具有接近人耳的功能，除了擴(kuò)大計算機(jī)容量及提高其運(yùn)算速度外，還需人們在其他方面做大量艱苦的研究、探索工作。另外，人們還在研究使機(jī)器人能通過聲音鑒別人的心理狀態(tài)，希望未來的機(jī)器人不光能夠聽懂人說的話，還能夠理解人的喜悅、憤怒、驚訝和猶豫等情緒。這些都給機(jī)器人的應(yīng)用帶來了極大的發(fā)展空間。
