身為哆啦 A 夢偽粉，筆者某天刷到「哆啦 A 夢為什麼沒有耳朵？」問題時，迫不及待點進去想知道答案。
不少網友表示，原本黃色的貓形機器人哆啦 A 夢睡覺時被機器老鼠吃掉耳朵，還被妹妹哆啦美嘲笑，傷心的哆啦 A 夢被藍色眼淚淹沒，於是變成熟悉的「無耳藍貓」。
不過，消失的耳朵似乎不影響哆啦 A 夢聽見外界的聲音──正如某網友所說，哆啦 A 夢本質上是披著軟外套的金屬機器人，大致可推斷耳朵、外套材料一樣，也就是說原來的耳朵只是裝飾品。
問題來了，現實中機器人的耳朵到底是什麼？
第 40 屆聲學、語音和訊號處理國際大會 ICASSP2015，《Robot audition: Its rise and perspectives》（機器人聽覺：興起與展望）論文提到：
- 機器人用「耳朵」同時聽到幾件事，正是基於聽覺能力，這也是改善人機互動與共生的重要因素。
- 機器人聽覺主要有三大功能：聲源定位、聲源分離、分離後的聲音辨識。
- 聽覺關鍵在於噪音環境即時運算和健壯性，以及各種機器人和硬體配備的高靈活性。
通俗講，要讓機器人「聽見」，就需要麥克風陣列將聲音訊號轉換為電子訊號，隨後處理電訊號獲得聲音內的訊息。
當然，打造機器人聽覺，說起來容易做起來難。
機器人的聽覺系統需要感測、機械、控制等因素協調配合，可謂涵蓋多學科，想做到像人耳（能分辨聲音類型、內容、來源、遠近、方位等）是很困難的事。
既然模仿生物耳朵不易，那麼直接把生物耳朵「接」在機器人身上可行嗎？這有點古怪甚至可說殘忍的想法，來自以色列特拉維夫大學的研究小組。
不久前團隊題為 Ear-Bot: Locust Ear-on-a-Chip Bio-Hybrid Platform（耳朵機器人：蝗蟲耳朵晶片生物混合平台）的研究成果正式發表於《感測器》期刊。
生物耳朵有何優勢？
研究團隊選定的主角是蝗蟲。經過數億年進化，昆蟲已獲得自然界最為效能強大的感官，如果把這些感官當成感測器，比起多人做感測器，自然感測器的優勢在於體積小、重量輕、功耗低、適用多變環境。
尤其聽覺方面，昆蟲的聽覺感測器經過多次進化，可發揮場景分析、交流功能，有高度多樣性，具體來看：
- 形態上，耳朵可以是近場敏感的觸角，也可以是遠場敏感的鼓膜。
- 功能上，可以是窄頻過濾器（蚊子），也可以是寬頻感測器（夜蛾）。
- 神經處理上，可以只有一個神經元（夜蛾），也可以有數千個干預神經元（雄性蚊子耳朵有 15,000 個神經元）。
沙漠蝗蟲耳朵較敏感，涵蓋頻率範圍廣，可當成從神經系統讀取電生理訊息的好模型。
（Source：MDPI，下同）
研究團隊表示：
目前為止，還沒有哪項研究證明生物混合機器人平台（bio-hybrid robotic platform）能透過生物感測器回應聲音。機器人平台加入生物感測器，有兩方面優勢，一是可將行為、能力與特徵鮮明的自然蝗耳比較，二是可與純粹的技術設備（麥克風陣列）比較。
把蝗蟲耳朵「接上」機器人
論文顯示，研究團隊設計生物混合平台 Ear-Bot，整合沙漠蝗蟲的聽覺系統為輸入，與行動機器人平台連結。
簡單講就是打造蝗蟲耳朵晶片 Ear-Chip，當作機器人的聽覺感測器。團隊利用微生理系統（MPS，也稱晶片器官 OoC）的最新發展，也就是「人體器官晶片技術」。
人體器官晶片是新興尖端技術，指在載玻片大小晶片上構建器官生理微系統，包含活體細胞、組織界面、生物流體等器官微環境等關鍵要素，可在體外模擬人體組織器官的主要結構功能特徵及器官間聯繫。人體器官晶片技術背後是多學科彙整，曾在 2016 年列為十大新興技術之一。
Ear-Chip 設計能使蝗蟲耳朵長期活著，同時也保證能裝上行動小型機器人平台（如下圖 a 所示）。
研究團隊透過 SolidWorks CAD 軟體設計晶片，然後透過 3D 列印生物相容性牙科透明樹脂製作晶片，最終成功創造出持久的微型感測裝置。
研究團隊創建模組化組織支援和訊號分析自定義算法。Ear-Bot 還配備客製電極，可測量耳朵的生理反應訊號，並傳給機器人。如上圖 b 所示，機器人還整合處理訊號和運行不同演算法所需的所有電子設備（包括前置放大器、電路板等）。
除了客製晶片 Ear-Chip 和電極，機器人平台還包括一個訊號放大器、一個控制器和訊號處理器系統（CSPS）。
反應不同方向和距離的聲音
具體效果如何？實驗表明，Ear-Bot 對聲音的反應與使用麥克風為輸入的反應類似。
研究人員拍拍手，蝗蟲耳朵就會辨識聲音並轉為電訊號，並傳輸至機器人電生理測量系統、控制器和訊號處理系統。
Ear-Bot 系統更能於噪音背景下區分電機和拍手聲。也就是說，蝗蟲耳朵對各種頻率都較敏感，可對真實聲音有反應。如下圖所示，最佳反應在 3.5kHz ±2，對不同方向聲音的反應無顯著變化，且對距離 5~35 公分的聲音反應無差異。
可見 Ear-bot 能對不同方向和距離的聲音有反應。論文合著者之一 Ben M. Maoz 博士表示：
我們應當更深入挖掘、利用自然界的現象和規律，我們證明的原理其實還可用於其他感官，如氣味、視覺和觸覺。某些動物對發現爆炸物、毒品方面有驚人能力，或許我們可做出有生物鼻子的機器人。
自然往往領先科技。期待科學家以自然為靈感，帶來更多尖端科技發明。
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