Il sensore stampato in 3D che migliorerà le prestazioni dei dispositivi a comandi vocali
In una stanza affollata, con rumori che provengono da molte direzioni diverse, il sistema uditivo umano è molto efficiente per il filtraggio di una singola voce in mezzo al rumore circostante. Quando sono i computer a doverlo fare, invece, hanno parecchie più difficoltà a svolgere questo compito. Ma forse le cose stanno per cambiare per i dispositivi a comandi vocali.
Un gruppo d’ingegneri della statunitense Duke University ha sviluppato un sistema per migliorare le prestazioni deisensori acustici dei computer in ambienti rumorosi. Il nuovo sensore usa i cosiddetti metamateriali per determinare la direzione dalla quale un determinato suono arriva e quindi per filtrarlo dal rumore dell’ambiente.
Una volta miniaturizzato, il dispositivo potrebbe trovare applicazione nell’ampio campo dell’elettronica a controllo vocale, oppure nell’attrezzatura medica di rilevazione di onde come l’ultrasuono o, ancora, nei supporti uditivi e negli impianti cocleari.
La ricerca è stata pubblicata nei Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America l’11 agosto 2015. E’ anche possibile leggere l’articolo completo.
«Abbiamo inventato un sensore acustico che in maniera efficiente, sicura ed economica, può risolvere un problema molto interessante e attuale con il quale la tecnologia moderna deve fare i conti quotidianamente», spiega l’autore principale dell’articolo, Yangbo Xie, PhD in Electrical and Computer Engineering. «Siamo convinti che si tratti di un dispositivo capace anche di migliorare notevolmente le prestazioni degli smartphone con attivazione vocale dei comandi oppure delle console da gioco, riducendo contemporaneamente la complessità dell’intero sistema».
Il prototipo fabbricato dal gruppo di ricercatori è stampato in 3D con plastica ABS. Ha la parvenza di un nido d’ape circolare diviso in dozzine di fette. A un primo sguardo, tutte le fette sembrano uguali ma, di fatto, la profondità di ogni cavità che formano è diversa.
«Le cavità si comportano come i bicchieri mezzi pieni su cui si può generare un determinato suono sfregando il dito sul bordo», spiega Steve Cummer, a capo del gruppo di ricercatori. «A seconda di quanto sia pieno il bicchiere, il suono sarà diverso. Nello stesso modo, il suono varierà con la profondità della cavità. Si tratta di una differenza minima ma quantificabile».
Quando un’onda sonora arriva sul prototipo, viene leggermente distorta al suo passaggio attraverso le diverse cavità. La distorsione è univoca per ogni cavità. Un microfono dall’altra parte, coglie i suoni prodotti all’uscita dalle cavità e lo trasmette a un computer che, avendo i dati precisi sulle distorsioni che ogni cavità produce, è in grado di separare le diverse onde sonore.
I ricercatori hanno effettuato test multipli sulla loro invenzione con tre suoni identici provenienti da tre direzioni diverse, in ambiente rumoroso. Grazie alle caratteristiche dell’apparecchio, il computer è stato in grado di identificare e isolare i tre suoni con un’accuratezza del 96,7%.
Il prototipo ha un diametro di 15cm ma Cummer e il suo gruppo assicurano di essere in grado di ridurre di molto queste dimensioni. Inoltre, essere fatto di plastica e senza alcun componente elettrico o mobile al suo interno lo rende particolarmente efficiente e affidabile.
«Ora la sfida diventa la miniaturizzazione; e ci stiamo già lavorando», dichiara fiducioso Xie.
Per approfondire:
Xie, et al., “Single-sensor multispeaker listening with acoustic metamaterials”, in Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, August 2015.