Neuroelektronik: Spracherkennung wie im menschlichen Ohr

Technologien zur Spracherkennung können, eine geräuscharme Umgebung vorausgesetzt, Sprachbefehle mit konventionellen Mikrofonen gut verstehen. Das menschliche Ohr hingegen kann laute und leise Töne in ganz unterschiedlichen Geräuschkulissen erkennen und unterscheiden. Diese Eigenschaften haben sich nun Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), der TU Ilmenau, des University College Cork sowie des Fraunhofer-Instituts für Digitale Medientechnologie zunutze gemacht und einen elektrischen Miniatursensor entwickelt, der dem menschlichen Innenohr nachempfunden ist.

Die menschlichen Haarzellen zum Vorbild

Dabei wird das Schallsignal im Gegensatz zu handelsüblichen Mikrofonen bereits vor der elektrischen Signalumwandlung von einem akustischen Sensor verarbeitet. Der Sensor besteht aus Silizium-Biegebalken unterschiedlicher Länge, die selektiv auf die einzelnen Frequenzen des Schallsignals reagieren und diese in elektrische Signale umwandeln. „Der bio-inspirierte Sensor ist den Haarzellen im Ohr nachempfunden“, erläutert der Co-Autor der Publikation, Thomas Meurer vom Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik des KIT.

Eine Regelung ermögliche die separate Steuerung der Eigenschaften eines jeden Biegebalkens, wie zum Beispiel die akustische Signalverstärkung. „Dabei nutzen wir die Möglichkeit, das nichtlineare Antwortverhalten der Biegebalken auf die relevanten Signale abzustimmen und zum Beispiel an unterschiedlich laute Umgebungen anzupassen, indem wir unterschiedliche Schwellenwerte je Balken induzieren“, so Meurer weiter.

Angesiedelt ist das Forschungsprojekt im Sonderforschungsbereich „SFB 1461 – Neuroelektronik: Biologisch inspirierte Informationsverarbeitung“, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.

sfo, 02.06.2023