突破性「單麥克風3D聽覺技術」讓機器人在嘈雜環境中精準定位人類

南韓首爾大學機械工程系安成勳教授團隊開發出全球首創的「元結構3D聽覺感測器」，僅需單一麥克風就能實現三維空間定位，這項創新技術已發表於《機器人與計算機整合製造》期刊。

在工業現場與災難救援中，「聲音」往往是最關鍵的線索。即使在高溫、粉塵、煙霧、黑暗或障礙物等導致視覺感測器失效的環境，聲波仍能傳遞重要資訊。然而現有聲學技術存在精度不足或裝置複雜等問題，使得聲音的感知潛能尚未充分發揮。

特別是在工廠等高噪音環境中，傳統技術難以準確識別人員位置或讓機器人理解語音指令。此外，在缺乏網路基礎設施的場域，也亟需新型的機器人間聲波通訊技術。

研究團隊受蝙蝠和海豚的生物機制啟發，開發出整合兩大核心技術的創新系統：1. 能在噪音環境中估算三維位置的「3D聲學感知技術」2. 實現人機/機機互動的「聲波雙通道通訊技術」

團隊設計出「元結構相位消除機制」，透過人工調節不同路徑聲波的相位，實現特定方向聲音的選擇性增強。結合旋轉裝置與單一麥克風，成功將原本需多感測器才能實現的3DAR（3D聲學測距）功能整合至單一感測器。

更突破的是，團隊模仿海豚的雙頻通訊原理，設計出可分離可聽/不可聽頻段的雙聲學通道：- 人機互動使用可聽頻段- 機機通訊使用超聲波頻段這種設計不僅避免幹擾，更為工業場域中的複雜協作場景開創可能。

實際測試顯示，配備該系統的四足機器人已能：✓ 透過聲波與人類互動✓ 偵測氣體洩漏位置✓ 在工廠環境中準確追蹤人員

這項技術預期將廣泛應用於：◉ 工廠人員防撞系統◉ 無需按鈕的聲控協作◉ 24小時無人廠房監控◉ 災難現場的求救識別

安教授特別強調：「相比會被牆壁阻擋的電磁波，聲波能穿透狹縫的特性，使其成為新一代互動媒介的絕佳選擇。」論文第一作者安世民博士候選人則表示：「這項突破讓我們用單一旋轉麥克風就實現了過去需要複雜陣列才能做到的3D定位。」

研究團隊現正開發「智慧聲學帶通濾波器」，未來計劃將3DAR系統與大型語言模型整合，讓機器人具備類人的聲音理解能力，並應用於人形機器人開發。

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