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Faszination Technik Dieses Mikrofon ist dem menschlichen Innenohr nachempfunden

Von Sandro Kipar 2 min Lesedauer

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Technische Universität Ilmenau
Heidrive GmbH
SAB Bröckskes GmbH & Co KG
Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: ein Mikrofon, das auch in sehr lauten Umgebungen Sprache erkennt.

Die Biegebalken aus Silizium reagieren nur auf einen einzelnen Ton des Schallsignals. (Bild: Michael Reichel/TU Ilmenau)
Die Biegebalken aus Silizium reagieren nur auf einen einzelnen Ton des Schallsignals.
(Bild: Michael Reichel/TU Ilmenau)

„Ich habe Sie nicht verstanden.“ In lauten Umgebungen ist eine Sprachsteuerung oft überfordert oder funktioniert nicht. Um dieses Problem zu beheben haben Forscher der Technischen Universität Ilmenau nun ein Mikrofon entwickelt, das sich am menschlichen Ohr orientiert. Menschen können trotz einer lauten Umgebung, etwa bei einem Konzert, die Stimme ihres Sitznachbars gut wahrnehmen und das Gesagte verstehen. Dies liege an den besonderen Eigenschaften des menschlichen Innenohrs, welche die Forscher für ihr Mikrofon genau untersuchten.

So werde ein Geräusch bereits im Innenohr in seine verschiedenen Töne zerlegt. Das verhindere etwa, dass leise Töne durch laute Töne verdeckt werden. Dem Innenohr gelingt dies mit einer Vielzahl von kleinen Haarzellen, die jeweils auf unterschiedliche Töne reagieren. Bezogen auf das Mikrofon der Forscher bedeutet dies, dass es im Unterschied zu herkömmlichen Mikrofonen Geräusche schon vor der Umwandlung in ein elektrisches Signal zerlegt. Leise Töne können so gezielt verstärkt, laute Töne gedämpft werden.

Haarzellen aus Silizium

Technologisches Herzstück des bio-inspirierten Mikrofons sind den Haarzellen nachempfundene Biegebalken aus Silizium mit einer Länge von einem Drittel Millimeter bis etwas über einen Millimeter, so die Forscher in einer Mitteilung. Mithilfe des Längenunterschieds könne sich jeder Biegebalken auf einen einzelnen Ton reagieren. Mit einer elektronischen Steuerung könne dabei jeder Biegebalken einzeln gesteuert werden, um ihn an verschiedene Lautstärken anzupassen. Die relevanten Signale können so hervorgehoben werden.

Zudem versprechen sich die Forscher ein effizienteres System, das weniger Rechenleistung benötigt und dadurch auch weniger Energie verbraucht. Anwendungen mit begrenzter Energiekapazität, etwa Hörgeräte, könnten so deutlich effizienter funktionieren. Außerdem ermögliche die Herstellung des bio-inspirierten Mikrofons auf Basis von Siliziumtechnologie nicht nur eine mikrometergenaue Fertigung, sondern auch eine kostengünstige Massenproduktion.

Im nächsten Schritt sollen Prototypen des bio-inspirierten Mikrofons entwickelt werden. Mögliche Einsatzgebiete sind neben Sprachassistenzsystemen und Hörgeräten auch Technologien zur Überwachung von Maschinen in der Produktion, so die Wissenschaftler. Die Ergebnisse ihrer Forschungsarbeit wurden im internationalen Fachmagazin Nature Electronics veröffentlicht.

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