身为哆啦 A 梦伪粉，笔者某天刷到“哆啦 A 梦为什么没有耳朵？”问题时，迫不及待点进去想知道答案。
不少网友表示，原本黄色的猫形机器人哆啦 A 梦睡觉时被机器老鼠吃掉耳朵，还被妹妹哆啦美嘲笑，伤心的哆啦 A 梦被蓝色眼泪淹没，于是变成熟悉的“无耳蓝猫”。
不过，消失的耳朵似乎不影响哆啦 A 梦听见外界的声音──正如某网友所说，哆啦 A 梦本质上是披着软外套的金属机器人，大致可推断耳朵、外套材料一样，也就是说原来的耳朵只是装饰品。
问题来了，现实中机器人的耳朵到底是什么？
第 40 届声学、语音和讯号处理国际大会 ICASSP2015，《Robot audition: Its rise and perspectives》（机器人听觉：兴起与展望）论文提到：
- 机器人用“耳朵”同时听到几件事，正是基于听觉能力，这也是改善人机互动与共生的重要因素。
- 机器人听觉主要有三大功能：声源定位、声源分离、分离后的声音辨识。
- 听觉关键在于噪音环境即时运算和健壮性，以及各种机器人和硬件配备的高灵活性。
通俗讲，要让机器人“听见”，就需要麦克风阵列将声音讯号转换为电子讯号，随后处理电讯号获得声音内的讯息。
当然，打造机器人听觉，说起来容易做起来难。
机器人的听觉系统需要感测、机械、控制等因素协调配合，可谓涵盖多学科，想做到像人耳（能分辨声音类型、内容、来源、远近、方位等）是很困难的事。
既然模仿生物耳朵不易，那么直接把生物耳朵“接”在机器人身上可行吗？这有点古怪甚至可说残忍的想法，来自以色列特拉维夫大学的研究小组。
不久前团队题为 Ear-Bot: Locust Ear-on-a-Chip Bio-Hybrid Platform（耳朵机器人：蝗虫耳朵芯片生物混合平台）的研究成果正式发表于《感测器》期刊。
生物耳朵有何优势？
研究团队选定的主角是蝗虫。经过数亿年进化，昆虫已获得自然界最为效能强大的感官，如果把这些感官当成感测器，比起多人做感测器，自然感测器的优势在于体积小、重量轻、功耗低、适用多变环境。
尤其听觉方面，昆虫的听觉感测器经过多次进化，可发挥场景分析、交流功能，有高度多样性，具体来看：
- 形态上，耳朵可以是近场敏感的触角，也可以是远场敏感的鼓膜。
- 功能上，可以是窄频过滤器（蚊子），也可以是宽频感测器（夜蛾）。
- 神经处理上，可以只有一个神经元（夜蛾），也可以有数千个干预神经元（雄性蚊子耳朵有 15,000 个神经元）。
沙漠蝗虫耳朵较敏感，涵盖频率范围广，可当成从神经系统读取电生理讯息的好模型。
（Source：MDPI，下同）
研究团队表示：
目前为止，还没有哪项研究证明生物混合机器人平台（bio-hybrid robotic platform）能透过生物感测器回应声音。机器人平台加入生物感测器，有两方面优势，一是可将行为、能力与特征鲜明的自然蝗耳比较，二是可与纯粹的技术设备（麦克风阵列）比较。
把蝗虫耳朵“接上”机器人
论文显示，研究团队设计生物混合平台 Ear-Bot，整合沙漠蝗虫的听觉系统为输入，与行动机器人平台连结。
简单讲就是打造蝗虫耳朵芯片 Ear-Chip，当作机器人的听觉感测器。团队利用微生理系统（MPS，也称芯片器官 OoC）的最新发展，也就是“人体器官芯片技术”。
人体器官芯片是新兴尖端技术，指在载玻片大小芯片上构建器官生理微系统，包含活体细胞、组织界面、生物流体等器官微环境等关键要素，可在体外模拟人体组织器官的主要结构功能特征及器官间联系。人体器官芯片技术背后是多学科汇整，曾在 2016 年列为十大新兴技术之一。
Ear-Chip 设计能使蝗虫耳朵长期活着，同时也保证能装上行动小型机器人平台（如下图 a 所示）。
研究团队透过 SolidWorks CAD 软件设计芯片，然后透过 3D 打印生物相容性牙科透明树脂制作芯片，最终成功创造出持久的微型感测装置。
研究团队创建模组化组织支援和讯号分析自定义算法。Ear-Bot 还配备客制电极，可测量耳朵的生理反应讯号，并传给机器人。如上图 b 所示，机器人还整合处理讯号和运行不同算法所需的所有电子设备（包括前置放大器、电路板等）。
除了客制芯片 Ear-Chip 和电极，机器人平台还包括一个讯号放大器、一个控制器和讯号处理器系统（CSPS）。
反应不同方向和距离的声音
具体效果如何？实验表明，Ear-Bot 对声音的反应与使用麦克风为输入的反应类似。
研究人员拍拍手，蝗虫耳朵就会辨识声音并转为电讯号，并传输至机器人电生理测量系统、控制器和讯号处理系统。
Ear-Bot 系统更能于噪音背景下区分电机和拍手声。也就是说，蝗虫耳朵对各种频率都较敏感，可对真实声音有反应。如下图所示，最佳反应在 3.5kHz ±2，对不同方向声音的反应无显著变化，且对距离 5~35 公分的声音反应无差异。
可见 Ear-bot 能对不同方向和距离的声音有反应。论文合著者之一 Ben M. Maoz 博士表示：
我们应当更深入挖掘、利用自然界的现象和规律，我们证明的原理其实还可用于其他感官，如气味、视觉和触觉。某些动物对发现爆炸物、毒品方面有惊人能力，或许我们可做出有生物鼻子的机器人。
自然往往领先科技。期待科学家以自然为灵感，带来更多尖端科技发明。
- Robot audition: Its rise and perspectives
- Ear-Bot: Locust Ear-on-a-Chip Bio-Hybrid Platform
- Robot “Hears” through the Ear of a Locust
- A Robot ‘Hears,’ Using Ear from a Locust
（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：影片截图）
