受青蛙鸣囊启发的可调谐软性声学系统

现有柔性热声器件在低频发射和传感方面存在局限，如声压级低、发射与传感功能分离、频率固定等。为此，研究人员受雄蛙利用充气声囊作为天然声学共振器放大求偶叫声的启发，设计了一种共振可调石墨烯声学器件（RAGSD）。该器件将激光诱导石墨烯（LIG）与可变形腔体集成，通过调节内部腔体体积（0–100毫升），实现共振频率在922.12至1762.90赫兹范围内连续调谐，调谐范围达91.18%。

为解释这一调谐机制，研究团队建立了动态连续可调电-机-声耦合（DCT-EMA）模型，该模型能将膜片面积、腔体体积、膜弹性等结构参数映射为等效电感和电容，预测共振频率的准确率高（决定系数R²>0.99），且在不同膜厚度、直径及充气气体（如氦气、氮气、空气、二氧化碳）条件下均表现出良好的稳健性。

在发射性能方面，RAGSD在共振状态下声压级（SPL）增益达21.70分贝，相当于声压增强12.19倍；若充入氦气，还可额外提升3.64分贝。这一特性使其能实现频率选择性语音放大，例如对歌剧选段的声谱分析显示，通过调节充气量可动态改变声学输出，为个性化语音辅助提供可能。

在传感性能上，得益于石墨烯的压阻特性，RAGSD可作为声音传感器。共振匹配能放大微弱的高频心音，如室间隔缺损（VSD）患者的病理性杂音。与传统电子听诊器相比，充气至15毫升的RAGSD能更清晰地捕捉1.2千赫兹左右的杂音成分。穿戴式测试中，该器件在健康志愿者和主动脉瓣反流患者身上均记录到清晰的S1/S2心音及放大的病理性杂音。

将RAGSD与专为心音分类设计的深度学习算法AuscNet-H集成后，系统对四种临床心音类别（主动脉瓣狭窄、二尖瓣反流、二尖瓣脱垂及正常）的分类准确率达99.375%。充气状态下无假阴性结果，且相似疾病间的误分类少于商用电子听诊器，为智能穿戴听诊系统的临床转化奠定了基础。