We have developed a piezoelectric acoustic sensor that responds to rodents' audible frequency range as a front‐end device for a small hearing prosthesis system appropriate for animal experiments. The proposed piezoelectric transducer uses a biomimetic hearing mechanism that mimics bandpass‐filtering functions realized biologically in the cochlear membranes and hair cells of rodents via a frequency‐selective piezoelectric cantilever beam array that will be used to stimulate auditory neurons in future applications to humans. First, to examine the frequency selectivity and response sensitivity, a piezoelectric acoustic transducer having a cantilever array structure with multiple beams were designed, and the mechanical resonance properties of the sensor‐device structure were analyzed using a numerical calculation method. Next, on the basis of the numerical results, we proposed a practical acoustic sensor design and sensor construction method using a multiple cantilever array structure and piezoelectric material. We built the sensor using standard microfabrication techniques and evaluated its piezoelectric properties in terms of sound sensitivity. Finally, we addressed future applications of an integrated system containing the proposed acoustic sensor, which could be combined with an electrical stimulation system and used as an auditory prosthesis system to compensate hearing losses in rodent models with hearing disorders and diseases. © 2020 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by Wiley Periodicals LLC.

中文翻译：

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开发对啮齿动物的可听频率范围敏感的选频压电声传感器

我们已经开发出一种压电声传感器，可以响应啮齿动物的可听频率范围，作为适合动物实验的小型听力假体系统的前端设备。拟议的压电换能器采用仿生听觉机制，通过频率选择压电悬臂梁阵列模仿在啮齿动物的耳蜗膜和毛细胞中生物学实现的带通滤波功能，该阵列将用于刺激听觉神经元，从而在人类未来应用中。首先，为了检查频率选择性和响应灵敏度，设计了具有多束悬臂阵列结构的压电声换能器，并使用数值计算方法分析了传感器-设备结构的机械共振特性。下一个，基于数值结果，我们提出了一种实用的声传感器设计和传感器构造方法，该方法采用了多个悬臂阵列结构和压电材料。我们使用标准的微细加工技术构建了传感器，并根据声音灵敏度评估了其压电性能。最后，我们讨论了包含所提出的声传感器的集成系统的未来应用，该系统可以与电刺激系统结合并用作听觉假体系统，以补偿具有听力障碍和疾病的啮齿动物模型的听力损失。©2020日本电气工程师学会。由Wiley Periodicals LLC发布。我们提出了一种使用多悬臂阵列结构和压电材料的实用声传感器设计和传感器构造方法。我们使用标准的微细加工技术构建了传感器，并根据声音灵敏度评估了其压电性能。最后，我们讨论了包含所提出的声传感器的集成系统的未来应用，该系统可以与电刺激系统结合并用作听觉假体系统，以补偿具有听力障碍和疾病的啮齿动物模型的听力损失。©2020日本电气工程师学会。由Wiley Periodicals LLC发布。我们提出了一种使用多悬臂阵列结构和压电材料的实用声传感器设计和传感器构造方法。我们使用标准的微细加工技术构建了传感器，并根据声音灵敏度评估了其压电性能。最后，我们讨论了包含所提出的声传感器的集成系统的未来应用，该系统可以与电刺激系统结合并用作听觉假体系统，以补偿具有听力障碍和疾病的啮齿动物模型的听力损失。©2020日本电气工程师学会。由Wiley Periodicals LLC发布。我们讨论了包含建议的声传感器的集成系统的未来应用，该系统可以与电刺激系统结合使用，并用作听觉假体系统，以补偿具有听力障碍和疾病的啮齿动物模型的听力损失。©2020日本电气工程师学会。由Wiley Periodicals LLC发布。我们讨论了包含建议的声传感器的集成系统的未来应用，该系统可以与电刺激系统结合使用，并用作听觉假体系统，以补偿具有听力障碍和疾病的啮齿动物模型的听力损失。©2020日本电气工程师学会。由Wiley Periodicals LLC发布。