当雄性青蛙鼓起鸣囊发出求偶声时，很少有人会想到，这一自然现象竟能启发一项颠覆性的声学技术。近日，中山大学、清华大学等团队联合在《Science Advances》发表重磅成果 —— 受蛙鸣启发的共振可调石墨烯声学装置（RAGSD），成功破解了柔性热声器件的长期痛点，为智能听诊、个性化声学设备开辟了新路径。
*本文只做阅读笔记分享*
一、行业痛点：柔性声学器件的 “先天不足”
在医疗诊断、语音交互等领域，柔性声学器件是核心支撑，但长期面临两大瓶颈：
低频性能拉胯：1kHz 左右的低频段（包含人声、心音、肺音等关键信号），传统石墨烯热声器件的声压级（SPL）普遍偏低。数据显示，现有代表性器件在 1kHz 的归一化声压级仅 20-48.98dB，难以满足临床听诊、语音辅助等场景的精准需求；
功能单一且僵化：多数柔性声学系统要么只能发声、要么只能传感，且频率带宽固定，无法根据监测目标动态调整，适配性极差。
而青蛙的鸣囊通过充气膨胀实现频率选择性放大，让求偶声传播更远 —— 这一生物特性，为科研团队提供了突破灵感。
二、核心创新：复刻蛙鸣的 “柔性声学平台”
1. 结构设计：石墨烯 + 可变形腔的精妙组合
RAGSD 的核心是将激光诱导石墨烯（LIG）与可变形弹性腔体集成，完美复刻了青蛙鸣囊的工作原理：
功能核心：LIG 兼具发声和传感功能，其多孔泡沫状结构大幅提升了声波与材料的相互作用效率，同时具备优异的热导率、导电性和柔韧性，是理想的声学功能材料；
可调谐振腔：上层 0.5mm 厚的 Ecoflex 膜在充气时会形成半球形凸起，通过调节腔体内体积（0-100ml），即可实现共振频率的连续精准调控。
2. 性能突破：91.18% 调谐范围 + 超强声压增益
通过精准控制充气量，RAGSD 实现了三大关键性能突破：
宽范围连续调谐：共振频率可在 922.12-1762.90Hz 之间自由切换，调谐范围高达 91.18%，完美覆盖低频关键信号段；
超强声压增益：在 1kHz 低频段，其归一化声压级达到 59.73dB，远超传统器件；共振时声压级增益达 21.70dB，声学强度提升 12.19 倍，若采用氦气充气，增益还能再提升 3.64dB；
极致稳定性：连续工作 180 分钟频率漂移可忽略，经过 100 次充放气循环仍保持良好性能，满足长期使用需求。
三、双功能应用：既能 “精准发声”，也能 “灵敏听诊”
1. 发声模式：个性化声音增强与调控
RAGSD 可通过调节充气量，对特定频率的声音进行选择性放大。实验中，科研团队将《歌剧 2》的合唱片段输入器件，随着充气量从 0ml 增加到 20ml，共振频率上移，声学能量在频谱中重新分布，实现了个性化语音放大。
更具创新性的是，它还能实现频率选择性掩蔽 —— 通过共振对准目标频段，可强化对特定声音的抑制，为声学调控提供了 “增强 + 抑制” 的双重路径，未来在降噪耳机、语音助手等设备中潜力巨大。
2. 传感模式：临床听诊的 “智能升级”
传统听诊器依赖固定探头，难以捕捉 1kHz 以上的微弱病理心音，而 RAGSD 通过共振匹配，能精准放大高频病理信号：
实验室验证：对室间隔缺损（VSD）患者的心脏音，充气 15ml 的 RAGSD 能清晰放大 1.2kHz 左右的杂音成分，效果远超未充气状态和商用电子听诊器；
临床实测：在医院环境下，穿戴式 RAGSD 成功记录到健康志愿者的 S1/S2 心音和主动脉瓣反流患者的病理杂音。即使在嘈杂环境中，信噪比仅轻微下降（~0.22dB），展现出极强的环境适应性。
值得一提的是，RAGSD 无需切换探头，通过充气调节即可适配不同频率的听诊需求，大幅简化了临床操作。
四、智能加持：AI 算法实现 99.375% 诊断准确率
为实现智能化诊断，团队将 RAGSD 与深度学习算法 AuscNet-H 结合，对四种临床心音（主动脉瓣狭窄 AS、二尖瓣反流 MR、二尖瓣脱垂 MVP、正常 N）进行分类：
数据处理：将心音信号转化为 128×400 的频谱图，通过卷积神经网络提取特征；
性能巅峰：充气 15ml 时，系统分类准确率达 99.375%，无假阴性结果，且相似疾病间的误分类率低于商用听诊器；
全场景适配：在非消声室、人体姿势变化（仰卧、坐姿、慢走）等复杂场景下，仍能实现 100% 正确分类，完全满足临床实际使用需求。
五、未来展望：从实验室走向生活的 “声学革命”
这项受蛙鸣启发的技术，不仅解决了柔性声学领域的长期痛点，更构建了 “硬件可调 + AI 智能” 的一体化平台。目前，RAGSD 原型仍需外部气源和电源，未来团队将集成微型气体控制模块和便携电源，采用更贴合人体的封装设计，进一步提升便携性和舒适度。
未来，它有望广泛应用于：
医疗健康：便携式智能听诊器，实现早期心脏疾病的精准筛查；
语音交互：个性化语音放大器，适配不同人群的语音辅助需求；
人机界面：柔性声学传感器，赋能可穿戴设备的多模态交互。
参考文献：
Chuting Liu et al. Frog vocal sacs-inspired soft acoustic system with continuously tunable resonance for sound emission and stethoscopic sensing. Sci. Adv.11, eadz5930(2025).