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Engineering

गैर-चिपकने वाला सुपर-सॉफ्ट वोकल फोल्ड मॉडल के लिए विनिर्माण प्रक्रिया

Published: January 5, 2024 doi: 10.3791/66222
Automatic Translation
1, 1
1Institute of Acoustics and Speech Communication, Technische Universität Dresden

Summary

यह अध्ययन मुखर गुना परतों को बनाने के लिए एक विशिष्ट तरीका पेश करके, विनिर्माण प्रक्रिया का विस्तृत विवरण प्रदान करके और मॉडल के गुणों की विशेषता से गैर-चिपचिपा और सुपर-सॉफ्ट वोकल फोल्ड मॉडल के निर्माण को प्रदर्शित करता है।

Abstract

इस अध्ययन का उद्देश्य आवाज अनुसंधान के लिए सुपर-सॉफ्ट, गैर-चिपचिपा मुखर गुना मॉडल विकसित करना है। सिलिकॉन-आधारित मुखर गुना मॉडल की पारंपरिक निर्माण प्रक्रिया के परिणामस्वरूप अवांछनीय गुणों वाले मॉडल होते हैं, जैसे कि चिपचिपाहट और प्रजनन क्षमता के मुद्दे। उन मुखर गुना मॉडल तेजी से उम्र बढ़ने के लिए प्रवण होते हैं, जिससे विभिन्न मापों में खराब तुलनात्मकता होती है। इस अध्ययन में, हम सिलिकॉन सामग्री को लेयरिंग के क्रम को बदलकर विनिर्माण प्रक्रिया में संशोधन का प्रस्ताव करते हैं, जो गैर-चिपचिपा और अत्यधिक सुसंगत मुखर गुना मॉडल के उत्पादन की ओर जाता है। हम इस पद्धति का उपयोग करके उत्पादित मॉडल की तुलना पारंपरिक रूप से निर्मित मुखर गुना मॉडल से करते हैं जो इसकी चिपचिपी सतह से प्रतिकूल रूप से प्रभावित होता है। हम विनिर्माण प्रक्रिया का विस्तार करते हैं और संभावित अनुप्रयोगों के लिए मॉडल के गुणों को चिह्नित करते हैं। अध्ययन के परिणाम संशोधित निर्माण विधि की प्रभावकारिता को प्रदर्शित करते हैं, जो हमारे गैर-चिपचिपा मुखर गुना मॉडल के बेहतर गुणों को उजागर करते हैं। निष्कर्ष अनुसंधान और नैदानिक अनुप्रयोगों के लिए यथार्थवादी और विश्वसनीय मुखर गुना मॉडल के विकास में योगदान करते हैं।

Introduction

मुखर गुना मॉडल अनुकरण और सामान्य और रोग स्थितियों 1,2 के तहत मानव आवाज उत्पादन की जांच करने के लिए उपयोग किया जाता है. मुखर गुना मॉडल बनाने में सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक यथार्थवादी कोमलता और लचीलापन प्राप्त करना है जो मनुष्यों के उन लोगों का बारीकी से अनुमान लगाता है। इन गुणों को प्राप्त करने के लिए, सिलिकॉन इलास्टोमर्स अक्सर उपयोग किया जाता है, जो इसी लोच मॉड्यूली 3,4 को प्राप्त करने के लिए सिलिकॉन तेल की उच्च मात्रा के साथ पतला होता है। यथार्थवादी मुखर गुना मॉडल बनाने में एक और महत्वपूर्ण कारक लेयरिंग है, क्योंकि मुखर सिलवटों में अलग-अलग कोमलता की कई परतें होती हैं, जो प्रवाह प्रेरित कंपन के पैटर्न और आवृत्ति को निर्धारित करती हैं जिस पर कंपन संभव है।

इस अध्ययन में, हमने एक विशिष्ट मुखर गुना मॉडल बनाया। हमने Scherer5 द्वारा प्रदान की गई सामान्य ज्यामिति का उपयोग किया, जो झांग6 के अनुसार 17 मिमी लंबाई के साथ पुरुष मुखर सिलवटों के लिए विशिष्ट आयामों का प्रतिनिधित्व करता है और इसमें तीन परतें होती हैं: वोकलिस मांसपेशी (शरीर की परत) के लिए एक परत, पूरे म्यूकोसल परत (कवर परत) के लिए एक, और उपकला के लिए एक। इस संरचना चित्रा 1 में कोरोनल पार अनुभाग दृश्य में देखा जा सकता है.

Figure 1
चित्रा 1: स्वरयंत्र मॉड्यूल के कोरोनल क्रॉस-सेक्शन। स्वरयंत्र मॉड्यूल का कोरोनल क्रॉस-सेक्शन मुखर सिलवटों (8.5 मिमी) की सबसे चौड़ी चौड़ाई को दर्शाता है। प्रत्येक मुखर तह में एक शरीर की परत, एक आवरण परत और एक उपकला परत होती है। यह आंकड़ा13 से संशोधित किया गया है। Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. सिलिकॉन मुखर सिलवटों के दोलन शुरुआत दबाव पर लहराती श्वासनली की दीवारों का प्रभाव। जे Acoust समाज हूँ.149 (1), 466-475 (2021) अमेरिका की ध्वनिक सोसायटी की अनुमति से। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अन्य प्रकाशन आंशिक रूप से केवल एक परत7, उपकला परत2 के बिना दो परतों का उपयोग करते हैं या कई परतों के साथ म्यूकोसा को मॉडलकरते हैं 3. आमतौर पर, परतों को अंदर से बाहर की ओर डाला जाता है, अर्थात, सबसे गहरी परत से शुरू होता है। उपकला, जो 30 माइक्रोन मोटाई के साथ बहुत पतली है, पूरे शरीर पर अंत में डाली जाती है ताकि इसे एक मजबूत त्वचा8 के साथ कवर किया जा सके।

मॉडल में कवर परत सबसे नरम हिस्सा है, जिसमें यंग का मापांक लगभग 1.1 kPa9 है। शरीर की परत के लिए, इन विट्रो माप10 का उपयोग करके अनुप्रस्थ दिशा में अनुमानित यंग का मापांक 2 kPa है। विवो में, अनुदैर्ध्य दिशा में तंतुओं की उपस्थिति के साथ-साथ मांसपेशियों के संभावित तनाव के कारण थायरोरीटेनोइड मांसपेशी का यंग मापांक अधिक हो सकता है। इस बेहद कम यंग के मापांक को प्राप्त करने के लिए, सिलिकॉन मिश्रण (लगभग 72%) में सिलिकॉन तेल की एक उच्च मात्रा जोड़ना आवश्यक है। हालांकि, निर्माता दृढ़ता से 5% से अधिक तेल अनुपात का उपयोग करने के खिलाफ सलाह देता है। सामान्य तौर पर, इलास्टोमेर में सिलिकॉन तेल के अलावा प्रवाह और ड्रिप समय को बढ़ाने के साथ-साथ ठीक सिलिकॉन बहुलक के संकोचन को कम करने का इरादा है। यह सिलिकॉन को अधिक समान रूप से ठीक करने में मदद करता है, जिससे सामग्री में तनाव कम होता है। इसका उद्देश्य इसकी कोमलता को बढ़ाने के बजाय ठीक सामग्री की मोल्डबिलिटी और गुणों को अनुकूलित करना है, हालांकि यह भी एक परिणाम है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सिलिकॉन तेल रासायनिक रूप से निष्क्रिय है, जिसका अर्थ है कि यह खुद को पोलीमराइज नहीं कर सकता है और सिलिकॉन बहुलक11 के नेटवर्क में एकीकृत नहीं है। इसके बजाय, यह बहुलक मैट्रिक्स में एक तरल चरण के रूप में रहता है, उच्च स्तर पर बहुलक संरचना को कमजोर करता है और संभावित रूप से इसे ठीक सामग्री से बाहर भंग करने और सतह का पालन करने का कारण बनता है। नतीजतन, अन्य नकारात्मक गुण जैसे विकारों का इलाज, असमान वल्केनाइजेशन, रासायनिक संकोचन और भंगुरता संभव है। उच्च सिलिकॉन तेल सामग्री के साथ मुखर गुना मॉडल उम्र बढ़ने और प्रजनन क्षमता के संबंध में जांच की गई, और यह पाया गया कि वहाँ विभिन्न मॉडलों के गुणों में एक उच्च परिवर्तनशीलता औरसमय 11 के साथ उनके गुणों में एक परिवर्तन है.

पारंपरिक तरीके से 7,12 में मुखर गुना मॉडल का उत्पादन करते समय, उपकला परत की चिपचिपाहट एक समस्या हो सकती है क्योंकि यह कंपन की एकरूपता को प्रभावित कर सकती है और उपकला के टूटने का कारण बन सकती है। यद्यपि उपकला बनाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला सिलिकॉन undiluted है, यह माना जा सकता है कि पड़ोसी म्यूकोसा परत से लीक होने वाले तेल का सिलिकॉन पर समान प्रभाव पड़ता है जैसे कि इसे पतला किया गया था। चिपचिपाहट की समस्या को म्यूकोसा और उपकलापरत 12 के बीच एक मध्यवर्ती परत के रूप में तालक या कार्बन पाउडर जैसे विभिन्न पाउडर जोड़कर संबोधित किया गया था। यह दृष्टिकोण सफल हो सकता है क्योंकि तेल आंशिक रूप से पाउडर द्वारा अवशोषित किया गया था और परिणामस्वरूप, उपकला सतह की चिपचिपाहट को कम किया जा सकता था।

इस प्रकाशन में, हम दिखाते हैं कि मुखर गुना निर्माण की प्रक्रिया के मामूली संशोधन से चिपचिपाहट की समस्या को दरकिनार किया जा सकता है। लेयरिंग के क्रम को बदलकर और undiluted उपकला सिलिकॉन (तथाकथित बंद सिलिकॉन) से शुरू करके, गैर-चिपचिपा सुपर-सॉफ्ट वोकल फोल्ड मॉडल का उत्पादन किया जा सकता है। इस परिवर्तन में असामान्य प्रकार के नए नए साँचे और तरीके शामिल हैं जिन्हें वीडियो के रूप में सबसे अच्छा प्रस्तुत और समझाया गया है। इस पत्र में, हम अपनी निर्माण प्रक्रिया का विस्तार से वर्णन करते हैं और प्रदर्शित करते हैं कि किसी एप्लिकेशन में मुखर गुना मॉडल के गुणों की विशेषता कैसे हो सकती है।

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Protocol

1. मुखर गुना मॉडल का डिजाइन और भागों की 3 डी प्रिंटिंग

  1. विभिन्न नरम सिलिकॉन सामग्री का उपयोग करके सिलिकॉन मुखर सिलवटों की सामान्य एम 5 ज्यामिति का बहुस्तरीय प्रतिनिधित्व बनाएं। कंप्यूटर-एडेड डिज़ाइन (सीएडी) सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके अलग-अलग भागों को डिज़ाइन करें। विवरण के लिए पूरक कोडिंग फ़ाइल 1, पूरक कोडिंग फ़ाइल 2, पूरक कोडिंग फ़ाइल 3, पूरक कोडिंग फ़ाइल 4, पूरक कोडिंग फ़ाइल 5, पूरक कोडिंग फ़ाइल 6, पूरक कोडिंग फ़ाइल 7, पूरक कोडिंग फ़ाइल 8 देखें। फ़ाइलों को मॉडल में उनके कार्य के अनुसार नामित किया जाता है और बाद के चरणों के लिए नींव के रूप में काम करता है।
  2. चरण 2 में प्रत्येक चरण के लिए आवश्यक फ़ाइलों को संकलित और व्यवस्थित करें। पूरक चित्र 1 में आवश्यक भागों की सूची और उनकी मात्रा देखें। पूरक चित्रा 2 में मोल्ड विधानसभा का एक योजनाबद्ध चित्रण देखें।
  3. जी-कोड फ़ाइलें उत्पन्न करने के लिए एसटीएल फ़ाइलों को 3 डी प्रिंटिंग प्रोग्राम में लोड करें जिन्हें 3 डी प्रिंटर द्वारा पढ़ा जा सकता है।
  4. 3 डी प्रिंट के लिए सामग्री तैयार करें ( सामग्री की तालिकादेखें)।
    1. पूरक कोडिंग फ़ाइल 2 और पूरक कोडिंग फ़ाइल 5 के लिए, ऐसी सामग्री का उपयोग करें जो कम दिखाई देने वाली परत रेखाओं का कारण बनती है, जैसे पॉलीलैक्टिक एसिड (पीएलए +) या पीसी।
    2. पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 के लिए, झुकने वाले तनावों की संवेदनशीलता के कारण कठिन पीएलए या पॉलीथीन टेरेफ्थेलेट ग्लाइकोल (पीईटीजी) जैसी कठिन सामग्री का उपयोग करें। मुद्रण सामग्री की पसंद पर कोई और प्रतिबंध शेष भागों पर लागू नहीं होता है।
  5. संबंधित चयनित 3 डी प्रिंटर के लिए 3 डी प्रिंटिंग सॉफ्टवेयर की सेटिंग्स समायोजित करें।
    1. पूरक कोडिंग फ़ाइल 2 और पूरक कोडिंग फ़ाइल 5 के लिए, 0.1 मिमी की अधिकतम परत ऊंचाई निर्धारित करें।
    2. पूरक कोडिंग फ़ाइल 1 के लिए, बेहतर स्थिरता प्राप्त करने के लिए इनफिल मान को 100% और प्रिंट पैटर्न को ज़िगज़ैग पर सेट करें। इसके अलावा, बिल्ड प्लेट आसंजन श्रेणी को ब्रिम के बजाय स्कर्ट पर सेट करें, क्योंकि भागों की ज्यामिति ब्रिम को हटाने के लिए काफी कठिन बना देगी।
    3. अन्य भागों के लिए, डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स और 0.2 मिमी की परत ऊंचाई का उपयोग करें।
  6. उल्लिखित भागों को 3D प्रिंटर पर प्रिंट करें। भागों को साफ करें और किसी भी अतिरिक्त सामग्री जैसे कि ब्रिम या प्रिंटिंग त्रुटियों को हटा दें। सैंडपेपर के साथ आंतरिक संपर्क सतहों को चिकना करें (P1000 अनुशंसित के बराबर या महीन)।

2. मुखर गुना मॉडल का निर्माण

  1. शरीर की परत बनाने के लिए निम्नलिखित भागों और सामग्रियों को इकट्ठा करें: वोकल-फोल्ड-पॉज़िटिव (2x), vocalis_mold-कैप, vocalis_mold-मेन-पार्ट, vocalis_mold-हल, प्राथमिक सिलिकॉन, रिलीज़ एजेंट और थिनर (विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें)।
    1. सभी मोल्ड भागों के अंदर की सतहों पर कुछ रिलीज एजेंट लागू करें।
    2. मोल्ड के मुख्य भाग और टोपी को सकारात्मक पर इकट्ठा करें और मोल्ड पैकेज को निर्दिष्ट बर्तन में रखें। यदि आवश्यक हो तो दो मोल्ड भागों के संरेखण को ठीक करें। सिलिकॉन चेहरों को ऊपर की ओर डालने के लिए सकारात्मक में छेद सुनिश्चित करें, और मोल्ड में एक सपाट सतह पर एक स्थिर पैर है।
    3. पतले (1: 1: 3) के तीन भागों के साथ प्राथमिक सिलिकॉन का मिश्रण बनाएं, घटक ए को पतले के साथ जोड़कर शुरू करें, और बाद में घटक बी को अच्छी तरह से मिलाएं। सिलिकॉन मिश्रण के 6 ग्राम की कुल मात्रा दो मुखर गुना हिस्सों से शरीर की परत कास्टिंग के लिए पर्याप्त है.
    4. ठीक सिलिकॉन शरीर में हवा के बुलबुले को बनाने से रोकने के लिए -1 बार उप दबाव की एक न्यूनतम पर एक वैक्यूम कक्ष में सिलिकॉन मिश्रण वैक्यूम.
    5. वैक्यूम किए गए सिलिकॉन मिश्रण को मोल्ड गुहा में सावधानी से तब तक डालें जब तक कि यह भरा हुआ न दिखाई दे। मोल्ड पॉट के आसपास के क्षेत्रों को भरें ताकि बहुत पतले सिलिकॉन मिश्रण को मोल्ड जोड़ों के माध्यम से डूबने से रोका जा सके। टपकने के समय के दौरान सिलिकॉन स्तर की जांच करें और यदि आवश्यक हो तो अधिक जोड़ें। इस मिश्रण के लिए ड्रिप समय 1-2 घंटे के बीच है।
    6. लगभग 1 दिन के इलाज के समय के बाद, लेकिन कम से कम 8 घंटे, पॉट से सकारात्मक सहित मोल्ड को हटा दें। मोल्ड खोलने से पहले मोल्ड और पॉट के बीच सिलिकॉन निकालें।
    7. मोल्ड खोलते समय, पहले सकारात्मक के पीछे से शुरू होने वाले ढक्कन को ध्यान से हटा दें। फिर, मोल्ड के मुख्य शरीर को हटा दें। स्केलपेल या साइड कटर का उपयोग करके किसी भी अतिरिक्त सिलिकॉन को सावधानी से हटा दें।
  2. उपकला परत के उत्पादन के लिए musosa_mold-बैक, musosa_mold-मुख्य-भाग और musosa_mold-पतवार भागों के साथ-साथ माध्यमिक सिलिकॉन और रिलीज एजेंट तैयार करें। ( सामग्री की तालिका देखें)।
    नोट: चरण 2.1 और 2.2 (शरीर और उपकला परत) एक साथ पूरा किया जा सकता है।
    1. मोल्ड के दो हिस्सों को इकट्ठा करें और उन्हें पतवार में रखें। कुछ रिलीज एजेंट के साथ मोल्ड के अंदर तैयार करें, यह सुनिश्चित करते हुए कि आंतरिक दीवारों को संबंधित रिलीज एजेंट के उपयोग निर्देशों के अनुसार लेपित किया गया है। आगे बढ़ने से पहले घटक को संक्षेप में हवा में सूखने दें।
    2. पतले (1: 1: 0) का उपयोग किए बिना माध्यमिक सिलिकॉन का एक बैच मिलाएं। यदि मिश्रण करते समय सिलिकॉन मिश्रण में हवा के बुलबुले पेश किए गए हैं, तो चरण 2.1.4 के रूप में मिश्रण को हटा दें।
      नोट: इस मिश्रण के कम ड्रिप समय के बारे में पता है, जो के बारे में 15 मिनट है.
    3. मोल्ड में कुछ मिश्रण डालो और इसे चारों ओर घुमाओ (पतवार में मोल्ड छोड़कर) जब तक कि सभी आंतरिक सतहों को सिलिकॉन के साथ लेपित न किया जाए।
    4. मोल्ड को पलट दें और अतिरिक्त सिलिकॉन को बाहर निकलने दें। इस स्थिति में मोल्ड को एक जाल, भट्ठी, या एक कोण पर सुरक्षित करें जो आगे सिलिकॉन जल निकासी की अनुमति देता है।
    5. इलाज प्रक्रिया के दौरान सिलिकॉन में ओवरहैंग के गठन को नियमित रूप से इसे सुचारू करके रोकें, खासकर उस क्षेत्र में जहां वायु चैनल स्थित होगा।
      नोट: इन्हें बाद में सरौता के साथ सावधानीपूर्वक हटाया जा सकता है।
  3. चरण 2.1 से वोकलिस सिलिकॉन परत के साथ सकारात्मक तैयार करके म्यूकोसा मध्यवर्ती परत के उत्पादन के लिए तैयार करें, चरण 2.2 से उपकला परत के साथ तैयार मोल्ड, और सामग्री की तालिका में सूचीबद्ध सिलिकॉन और पतले।
    1. पतले (1: 1: 5) के पांच भागों के साथ प्राथमिक सिलिकॉन का मिश्रण बनाएं, घटक ए को पतले के साथ जोड़कर शुरू करें, और बाद में घटक बी को अच्छी तरह से मिलाएं। सिलिकॉन मिश्रण की 4 ग्राम की कुल मात्रा पर्याप्त है।
    2. सिलिकॉन मिश्रण को वैक्यूम कक्ष में वैक्यूम करें जैसा कि चरण 2.1.4 में है।
    3. तैयार उपकला सिलिकॉन के साथ म्यूकोसा मोल्ड में सिलिकॉन मिश्रण के एक हिस्से को भरें। मोल्ड को तब तक झुकाएं जब तक कि सकारात्मक के सम्मिलन की सुविधा के लिए उपकला सिलिकॉन की सभी आंतरिक सतहों को तेल की एक पतली परत के साथ कवर न किया जाए।
      नोट: वैकल्पिक: मंदक के उच्च अनुपात के कारण, मिश्रण में कई घंटों का लंबा ड्रिप समय होता है, जिसके दौरान मिश्रण वाष्पीकरण के माध्यम से सिकुड़ सकता है। इसलिए, अगले चरणों के साथ आगे बढ़ने से पहले लगभग 2-3 घंटे प्रतीक्षा करें।
    4. ध्यान से मोल्ड में मुखर शरीर के साथ सकारात्मक डालें. मोल्ड में सकारात्मक को सुरक्षित करें, उदाहरण के लिए एक क्लैंप के साथ, यदि सकारात्मक सिलिकॉन पर तैरता है। पहले जोड़े गए सिलिकॉन की मात्रा के आधार पर, यह भरने वाले बिंदुओं पर बच सकता है।
    5. मोल्ड को उसी तरह भरें जैसे वोकलिस लेयर की कास्टिंग के लिए और सामग्री डूबने पर तदनुसार टॉप अप करें।
    6. सिलिकॉन को पूरी तरह से ठीक करने के लिए ड्रिप समय समाप्त होने के बाद 24 घंटे प्रतीक्षा करें।
    7. 24 घंटे के बाद, मोल्ड से शरीर को हटा दें। सबसे पहले, खोल से मोल्ड को हटा दें। फिर, पीछे के भाग से शुरू करते हुए, मोल्ड खोलें और मोल्ड के मुख्य भाग को भी हटा दें।
    8. किसी भी अतिरिक्त सिलिकॉन को सावधानी से हटा दें, सतह को धो लें और शरीर को सूखने दें।
  4. पूरक कोडिंग फ़ाइल 8 में माप और विधानसभा मॉड्यूल पर निर्दिष्ट स्थानों पर दो मुखर गुना हिस्सों को माउंट करें। कनेक्शन को दो M3 स्क्रू और M3 स्क्वायर नट (DIN 562) के लिए डिज़ाइन किया गया था, लेकिन वे अनिवार्य नहीं हैं।

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Representative Results

गढ़े मुखर गुना मॉडल मुखर सिलवटों की स्थिति में पूरक चित्रा 3 में दर्शाया माप सेटअप में एकीकृत किया गया था. सेटअप, बड़े पैमाने पर एक पिछले प्रकाशन13 में विस्तृत, एक बहु मंच नियंत्रणीय airflow स्रोत है कि दोलन में मुखर गुना मॉडल को उत्तेजित करता है, इस तरह के ध्वनि दबाव, विशिष्ट पदों पर स्थिर दबाव, और मात्रा वेग के रूप में डेटा रिकॉर्ड मापने उपकरणों की एक सरणी के साथ, शामिल हैं. माप के लिए, एयरफ्लो धीरे-धीरे बढ़ता गया जब तक कि मुखर गुना मॉडल दोलन करना शुरू नहीं कर देता। इसके बाद, एक स्थिर और मजबूत दोलन प्राप्त करने के लिए हवा के दबाव को शुरुआत के दबाव से 200 पा ऊपर उठाया गया था। एक अतिरिक्त हाई-स्पीड कैमरा जोड़ा गया और वोकल ट्रैक्ट मॉडल के ऊपर रखा गया, जो 2304 फ्रेम प्रति सेकंड की अधिकतम फ्रेम दर पर वोकल फोल्ड ऑसिलेशन मूवमेंट को कैप्चर करता है।

फेफड़े के भीतर एकीकृत एक दीपक सबग्लोटल ट्रैक्ट के माध्यम से प्रकाश का उत्सर्जन करता है, जिससे ग्लोटिस सफेद दिखाई देता है। चित्रा 2 दोलन छवियों की दो श्रृंखला को दर्शाता है, प्रत्येक में छह फ्रेम होते हैं, जो एक विशिष्ट करीब-खुले-बंद चक्र को दर्शाते हैं। ऊपरी पंक्ति (चित्रा 2 ए) प्रस्तुत विधि का उपयोग कर निर्मित मुखर सिलवटों के दोलन को प्रदर्शित करता है, जबकि निचली पंक्ति (चित्रा 2 बी) एक पारंपरिक मुखर गुना मॉडल का एक चरम उदाहरण प्रदर्शित करता है, प्रारंभिक काम13 के दौरान बनाया गया, इसकी चिपचिपी सतह के कारण स्थिर दोलन उत्पन्न करने में असमर्थ. उत्तरार्द्ध के लिए, सतह की चिपचिपाहट ग्लोटिस को पूर्वकाल और पीछे के सिरों पर खोलने का कारण बनती है, और मध्य भाग बाद में खुलता है। आसंजन के कारण मॉडल की सतह पहले से ही एक विशिष्ट बिंदु पर थोड़ी क्षतिग्रस्त है।

Figure 2
चित्रा 2: हाई-स्पीड कैमरे द्वारा कैप्चर किए गए अलग-अलग फ्रेम का अनुक्रम। हाई-स्पीड कैमरे द्वारा कैप्चर किए गए अलग-अलग फ़्रेमों का अनुक्रम, मुखर गुना कंपन के करीब-खुले-बंद चक्र को प्रदर्शित करता है। (ए) मुखर सिलवटों प्रस्तुत विधि का उपयोग कर गढ़ा. (बी) चिपचिपा सतह के साथ एक पारंपरिक मुखर गुना मॉडल का कंपन। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 3 और चित्रा 4 क्रमशः प्रस्तावित मॉडल और पारंपरिक (चिपचिपा) मॉडल के ग्लोटल क्षेत्र के समय कार्यों को दिखाते हैं। क्षेत्र तरंग (आंकड़े में से प्रत्येक में छोड़ दिया भाग) उपलब्ध छवि दृश्यों से GlottalImageExplorer सॉफ्टवेयर14 का उपयोग कर गणना की गई थी. आकृतियों के दाएँ भाग समय के परिमाण स्पेक्ट्रा को उनकी आवधिकता की डिग्री को इंगित करने के लिए कार्य करते हैं। मौलिक आवृत्ति प्राट सॉफ्टवेयर15 का उपयोग कर समय कार्यों से निकाला गया था. यह चित्रा 3 से स्पष्ट है कि प्रस्तावित मुखर गुना मॉडल मौलिक आवृत्ति की सटीक गणना को सक्षम करने, चयनित अवधि पर एक स्थिर दोलन से पता चलता है. इसके विपरीत, चित्रा 4 विभिन्न कलाकृतियों के साथ, असंगत मिनिमा और मैक्सिमा के साथ एक एटिपिकल और अराजक ग्लोटल क्षेत्र फ़ंक्शन प्रदर्शित करता है। इस परिदृश्य में मौलिक आवृत्ति का निष्कर्षण चुनौतीपूर्ण या यहां तक कि अव्यवहार्य हो जाता है।

Figure 3
चित्रा 3: प्रस्तुत विधि का उपयोग करके निर्मित एक मुखर गुना मॉडल के लिए क्षेत्र तरंग। (ए) ग्लोटलइमेजएक्सप्लोरर का उपयोग करके उच्च गति कैमरा छवि डेटा से प्राप्त क्षेत्र तरंग का प्रतिनिधित्व, साथ ही (बी) प्रस्तुत विधि का उपयोग करके निर्मित मुखर गुना मॉडल के लिए व्युत्पन्न परिमाण स्पेक्ट्रम। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: चिपचिपा सतह के साथ एक मुखर गुना मॉडल के लिए क्षेत्र तरंग। (ए) ग्लोटलइमेजएक्सप्लोरर का उपयोग करके उच्च गति कैमरा छवि डेटा से प्राप्त क्षेत्र तरंग का प्रतिनिधित्व, साथ ही (बी) चिपचिपा सतह के साथ एक पारंपरिक मुखर गुना मॉडल का उपयोग करके परिमाण स्पेक्ट्रम। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 1: एक मुखर गुना आधा निर्माण के लिए आवश्यक घटकों की सूची। एक मुखर गुना आधा के निर्माण के लिए आवश्यक घटकों की सूची। 1 - एक मुखर गुना आधा के लिए समर्थन संरचनाएं, 2 ए-सी - शरीर की परत को क्राफ्ट करने के लिए मोल्ड घटक, 3 ए-सी - कवर परत को क्राफ्ट करने के लिए मोल्ड घटक, 4 - लगाव के लिए समर्थन संरचनाएं। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 2: मोल्ड विधानसभा का योजनाबद्ध चित्रण। मोल्ड असेंबली का योजनाबद्ध चित्रण। बाएं - शरीर की परत बनाने के लिए ढालना, दाएं - कवर परत बनाने के लिए ढालना। लेबल पूरक चित्र 1 में भागों की सूची के अनुरूप हैं। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

अनुपूरक चित्रा 3: माप प्रणाली का पूरा सेटअप। माप प्रणाली का पूरा सेटअप। यह आंकड़ा13 से संशोधित किया गया है। Häsner, P., Prescher, A., Birkholz, P. सिलिकॉन मुखर सिलवटों के दोलन शुरुआत दबाव पर लहराती श्वासनली की दीवारों का प्रभाव। जे Acoust समाज हूँ.149 (1), 466-475 (2021) अमेरिका की ध्वनिक सोसायटी की अनुमति से। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 1: एक मुखर गुना आधा के लिए समर्थन संरचनाएं। यह मुखर-गुना-सकारात्मक उत्पादन करने के लिए फ़ाइल है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 2: शरीर की परत को तैयार करने के लिए मोल्ड घटक 1। यह vocalis_mold-मुख्य-भाग का उत्पादन करने के लिए फ़ाइल है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 3: शरीर की परत को तैयार करने के लिए मोल्ड घटक 2। यह vocalis_mold-कैप का उत्पादन करने वाली फाइल है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 4: सिलिकॉन के रिसाव से बचने के लिए शरीर की परत को क्राफ्ट करने के लिए मोल्ड पतवार। यह vocalis_mold-पतवार का उत्पादन करने वाली फ़ाइल है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 5: कवर परत को तैयार करने के लिए मोल्ड घटक 1। यह mucosa_mold-मुख्य-भाग का उत्पादन करने के लिए फ़ाइल है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 6: कवर परत को क्राफ्ट करने के लिए मोल्ड घटक 2। यह mucosa_mold-बैक बनाने के लिए फ़ाइल है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 7: सिलिकॉन के रिसाव से बचने के लिए कवर परत को क्राफ्ट करने के लिए मोल्ड पतवार। यह mucosa_mold-पतवार का उत्पादन करने वाली फ़ाइल है। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

पूरक कोडिंग फ़ाइल 8: मुखर गुना हिस्सों को संलग्न करने के लिए समर्थन संरचनाएं। यह माप-दबाव-नल-एडाप्टर का उत्पादन करने के लिए फ़ाइल है। दबाव मापने वाले नल सहित मुखर गुना हिस्सों को संलग्न करने के लिए समर्थन संरचनाएं। कृपया इस फ़ाइल को डाउनलोड करने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

यहां प्रस्तुत विनिर्माण प्रक्रिया में महत्वपूर्ण कदम शामिल हैं जो इसकी सफलता को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करते हैं। सबसे पहले, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि प्रस्तुत विनिर्माण प्रक्रिया मुखर गुना शरीर सामग्री में तेल संतृप्ति की समस्या को हल नहीं करती है, बल्कि कुछ नकारात्मक दुष्प्रभावों को दरकिनार करती है। आउटगैसिंग और संबंधित संकोचन और सतह की लहरें अभी भी बनी हुई हैं, हालांकि कुछ हद तक। इन समस्याओं के समाधान में एक अल्ट्रा-सॉफ्ट सिलिकॉन या वैकल्पिक सामग्री का उपयोग शामिल होगा जो एक स्थिर और टिकाऊ बहुलक संरचना के साथ वास्तविक मुखर सिलवटों के लोच मापांक को जोड़ती है। हालांकि, ऐसी सामग्री की अनुपस्थिति इन मुद्दों के व्यापक समाधान को प्राप्त करने में चल रही सीमाओं को रेखांकित करती है।

विनिर्माण प्रक्रिया दो हिस्सों से मिलकर मुखर गुना मॉडल के लिए पारंपरिक विनिर्माण विधियों की तुलना में कुछ अधिक जटिल है, क्योंकि इसमें अधिक घटक शामिल हैं, और सामान्य अंदर-बाहर विधानसभा दृष्टिकोण यहां लागू नहीं होता है। अंतर्निहित लाभों में एकीकृत अतिप्रवाह संरक्षण शामिल है, जो अत्यधिक पतला सिलिकॉन के साथ काम करने की सुविधा प्रदान करता है, और इलाज प्रक्रिया के दौरान भरने के स्तर और संभावित बुलबुला गठन को बेहतर ढंग से देखने और प्रतिक्रिया करने की क्षमता है। एक ही सिलिकॉन मिश्रण के साथ उत्पादित एक छोटी श्रृंखला में मॉडल के गुणों में विनिर्माण-प्रेरित विविधताओं को कम करने का लक्ष्य रखते समय यह सहायक होता है। इसके अलावा, यह अस्वीकार दर को कम करता है।

पारंपरिक मुखर गुना मॉडलिंग की तुलना में, प्रस्तुत तकनीक अलग-अलग फायदे प्रदान करती है। दोलन के दौरान ग्लोटल क्षेत्र की वीडियो रिकॉर्डिंग के साथ, यह प्रदर्शित किया गया था कि मुखर गुना सतह की चिपचिपाहट को कम किया जा सकता है। नतीजतन, स्थिर प्रवाह प्रेरित दोलनों उत्पन्न किया जा सकता है, और स्वच्छ, विरूपण साक्ष्य मुक्त तरंग डेटा इस तरह के तालक पाउडर या माप से पहले washes के रूप में एड्स के लिए आवश्यकता के बिना छवियों से प्राप्त किया जा सकता है. जबकि प्रस्तुत पारंपरिक मॉडल (संदर्भ के रूप में) एक चरम उदाहरण है, चिपचिपाहट फिर भी माप के लिए एक मुद्दा है और नाजुक पतली उपकला परत के लिए एक जोखिम है। प्रस्तुत इंजीनियरिंग समाधान इस समस्या को दरकिनार कर सकता है और अधिक विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य परिणामों में योगदान देता है।

आगे देखते हुए, संशोधित विनिर्माण प्रक्रिया विविध अनुप्रयोगों के लिए वादा करती है। मानव जैसे मुखर ट्रैक्ट16 के साथ ह्यूमनॉइड रोबोट या भाषण उपकरण बनाने के लिए तकनीक की उपयुक्तता कृत्रिम बुद्धिमत्ता और रोबोटिक्स में प्रगति के लिए रास्ते खोलती है। इसके अलावा, भाषण पीढ़ी और आवाजउत्पादन 6,17 पर मौलिक अनुसंधान में इसका आवेदन व्यापक वैज्ञानिक समुदाय में इसके संभावित योगदान को दर्शाता है।

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Disclosures

लेखकों ने घोषणा की कि उनके पास कोई प्रतिस्पर्धी वित्तीय हित या व्यक्तिगत संबंध नहीं हैं जो इस पत्र में रिपोर्ट किए गए कार्यों को प्रभावित करने के लिए प्रकट हो सकते थे।

Acknowledgments

इस परियोजना को जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (डीएफजी), अनुदान संख्या 100 द्वारा समर्थित किया गया है। बीआई 1639/9-1।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D Printer ULTIMAKER Type S5
3D Printing software ULTIMAKER CURA Version 5.2.2
CAD Software Autodesk Inventor  Version 2023
High Speed Camera XIMEA GmbH MQ013CG-ON
PLA+ 3D Printer Material  eSun none white
Primary silicone KauPo Plankenhorn 09301-005-000041 EcoFlex 00-30
Release Agent KauPo Plankenhorn 09291-006-000001 UTS Universal
Secondary silicone KauPo Plankenhorn 09301-005-000181 DragonSkin NV10
Silicone Thinner KauPo Plankenhorn 09301-010-000002
Tougth PLA 3D Printer Material  BASF black

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References

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इंजीनियरिंग अंक 203
गैर-चिपकने वाला सुपर-सॉफ्ट वोकल फोल्ड मॉडल के लिए विनिर्माण प्रक्रिया
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Häsner, P., Birkholz, P.… More

Häsner, P., Birkholz, P. Manufacturing Process for Non-Adhesive Super-Soft Vocal Fold Models. J. Vis. Exp. (203), e66222, doi:10.3791/66222 (2024).

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