是什么让这位 90 后清华学霸，放弃华为工程师的高薪工作，转而来到高校做老师？
虽然大厂高薪有时不免和 996 挂钩，但在每年动辄上千万毕业生就业压力之下，能进大厂的注定是 “少数派”。可陶璐琪偏不，他渴望的 “少数派” 是做科研，也正是在华为的经历，坚定了他做学术的决心。
图 | 陶璐琪（来源：受访者）
在华为时他主要做麦克风和听筒等手机音频器件，假如一款手机因为听筒收到 2%-3% 的投诉，华为会让供应商送来一批听筒，陶璐琪要做的是，通过 X 射线解剖这些耳机，并用显微镜找出问题。工作并非没有价值，但却让他觉得略显机械化。
当时，重庆大学电气学院新成立了协同创新中心，他师兄是里面的执行主任，并且当时重庆大学也有一个 “百人计划”，最终陶璐琪从深圳转到西南，借此机会申请到重庆大学特聘研究员的岗位。
华为的待遇虽然比目前在高校的待遇更优厚，但他还是更喜欢做探索性研究。自由的科研空间，是重庆大学对他的 “致命” 吸引力。
图 | 正在做实验的陶璐琪（来源：受访者）
“狗说的你能听懂么？”
事实上，做科研的满足感要从陶璐琪在清华读直博说起。
有一次，他给师弟师妹介绍小组代表性工作，提到了他的师兄田禾研发的石墨烯狗耳机，他说这款耳机能把人类指令传递给小狗，小狗听到指令后能做出站起或坐下的动作。
这时，一位师弟问他：“那狗说的你能听懂么？”
这个问题让他陷入了思考，不管谈话对象是动物还是人类，只要 TA 用的语言不是自己的母语，我们就根本听不懂。
同样，聋哑人虽然也能发出“嗯嗯啊啊”的声音，但毕竟不是一种可以被解析的“语言”，那么能否做一个翻译器，去翻译聋哑人发出的声音呢？
而石墨烯人工喉的想法，也正始于这次意外谈话之中，后来人工喉也成为他在清华期间的代表作。
当时在清华大学微电子所教授任天令的带领下，陶璐琪担任一作的论文《具有声音感知能力的智能石墨烯人工喉》（An Intelligent Artificial Throat with Sound-Sensing Ability Based on Laser Induced Graphene）发表在《自然 – 通讯》上，这也是他在清华读书期间发表的 11 篇一作论文中最出色的论文之一。
图 | 相关论文（来源：受访者）
在用激光制备石墨烯的过程中，他们发现石墨烯具备良好的声学性能，给其加上信号后，它就能像扬声器一样发出声音。
比如，把一首歌的信号转成电信号，施加给石墨烯之后它就能播放音乐。后来在调节石墨烯的制备厚度时发现，当厚度特别薄的时候，随便有点风吹草动，石墨烯的电学信号就会受到影响，这看起来这是一种干扰，但通过给石墨烯施加不同的力，会产生有规律的电学信号。
图 | 人工喉示意图（来源：受访者）
当把很薄的石墨烯薄膜放在喉咙上，薄膜就能检测喉咙处微弱的震动，且能把这种震动对应成各种声音。基于这一特性，他们提出了石墨烯人工喉概念，并成功制备出相关实验室产品。
关于其中原理，他最近对媒体表示：“聋哑人士虽然不能说话，但是喉咙可以震动，把这个（石墨烯材质的黑色薄片）放在喉咙外部，我们可以检测喉咙的震动。震动检测出来以后，第二步就是识别不同的震动，再把它转换成一种聋哑人士的‘语言编码’。”
聋哑人的 “嗯啊” 声可转变为规律性声音
制备中，他们选择了一个低成本的便携式激光平台，并采取激光直接书写技术。其中，把 PI（Polyimide Film，聚酰亚胺薄膜）膜位于 450nm 的激光器下，通过激光器的直射转换成激光诱导的石墨烯。
比如，把清华大学的标志和一个 6 厘米 x4 厘米的矩形输入到计算机控制软件中，就可在 PI 膜上产生相同的图案。基于此，陶璐琪用一个简单矩形激光诱导的石墨烯作为人工喉。
图 | 人工喉制备（来源：受访者）
声音收发一体化，是石墨烯人工喉的最大特点，它不仅能接收声音，还能发射声音。人工喉主要包含发声器件和收声器件，收声时利用石墨烯的压阻效应，发声则基于石墨烯的热声效应，如此便实现了单器件的声音收发同体。
具体来说，当利用信号发生器在石墨烯上施加交流电压时，周期性的焦耳热会导致空气膨胀，从而产生声波；当对石墨烯施加低的恒压直流偏置时，喉绳的振动会导致石墨烯电阻发生变化，进而产生电流的波动。因此，人工喉可以同时作为声源和探测器来工作。
此外，人工喉内部拥有对压力非常敏感的多孔结构，因此能感知喉咙发声时的微弱振动，聋哑人发出的特殊声音也因此可被识别。它能发出 100Hz-40kHz 的宽频谱声音，可将聋哑人的声音转换为强度可控的规律性声音，进而让聋哑人 “开口说话”。
具体来讲，当人工喉在检测喉咙震动的时候，它会听到聋哑人喉咙处发出的 “嗯嗯啊啊” 的声音，通过将这些声音和预先录制好的语言库建立一一映射关系，就可以将聋哑人喉咙的无规则振动、转变成预先录制的语言，比如 “今天天气不错” 等等。
图 | 对扬声器对不同声音的响应（来源：受访者）
与传统的声学换能器相比，人工喉的工作机理主要是利用热声效应和压阻效应。当作为声源工作时，人工喉可以产生频率从 100Hz 到 40kHz 的宽带声音；当作为声音检测器工作时，人工喉可对不同类型的声音和喉部振动模式表现出独特的响应，它还能识别咳嗽、哼哼和尖叫等其他动作导致的微弱喉咙振动。
这是因为，咳嗽、哼声或尖叫会引起喉带的振动，这些声音被人工喉检测到以后，也会相应地产生可控的声音。因此，人工喉可实现从无意义的声音、到可控的和预先设计的声音的转换。
大多数哑巴的人天生就是聋人，他们虽然不会说话，但是喉带可以振动，并能以自己的方式发出声音，但这对正常人来说这是毫无意义的。而人工喉可将无意义的噪声，转化为可控和可理解的声音信号。
测试中，志愿者需要首先接受培训，当他们产生特定的咳嗽、哼哼或尖叫时，可以先用手势语言告诉他们相应的意思。然后，志愿者可通过一定时间的重复训练来适应声音强度，这一培训过程和将指纹导入 iPhone 的过程很相似。
可以听声音的人工喉
除了作为声音探测器可以发声之外，人工喉在检测声音时也有良好的响应，研究中陶璐琪将 25mm 的 PI – 激光诱导的石墨烯用两个卡子独立固定，并把扬声器放在位于距离人工喉部 3 厘米的地方，对鞭炮声、牛叫声、钢琴声、直升机声音、鸟叫声和鼓声进行了音频测试。
测试发现，不同单词的波曲线具有明显不同的特征，这有助于区分不同的单词。此外，不同人发音的同一单词的波曲线具有相似、但不相同的特征，因此这可能是通过语音识别进行身份认证的关键因素。
图 | 人工喉相关示意图（来源：受访者）
但即便如此，人工喉距离应用也还需要努力，因为聋哑人并不知道怎么把喉咙振动和特定语言联系起来、才能对应出相应信息，这需要一个漫长的学习过程，反而不如手语这样已经成熟的语言系统。
不过，这也是陶璐琪继续搞学术的动力。当初为了研究人工喉，他一年做了 50 组实验、阅读了 1200 篇文献，即便如此实验进展依然很艰难。
做人工喉要求环境非常安静，而他当时所在的实验楼下面是清华微纳加工平台，里面发出的排风噪声让他根本无法做实验。
他说：“好比身边站着一群大妈在跳广场舞，还放着凤凰传奇的音乐，（对于做实验的）杀伤性比当时流行的勒索病毒厉害多了。”为此，他隔一两天就拉着 60 斤重的设备，跑到十几公里外的北京 798 艺术区的一间消音室做实验，一做就是大半年。
最近，陶璐琪获评为重庆市 “青年拔尖” 人才，这是他进入 30 岁以后的一大殊荣。这位出生于山东威海的 90 后科学家，本科就读于省内，博士北上就读清华。
而当老师做科研，也给了他更多的责任，他会要求学生和他一样健身，每周健身打卡三次坚持满一年的学生，陶璐琪会给其报销健身卡费用。
图 | 陶璐琪（来源：受访者）
谈及未来，他表示将加强与医疗机构的合作，探索传感器在医疗健康中的应用，响应国家 “健康中国 2030” 战略的要求，推动科研成果从基础研究向实践应用的转化。
不少看过他的此前报道的读者，都成了他的“颜粉”，但其已经成家，不过他说欢迎报考重庆大学的硕士或博士。
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