【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在一塊薄板上“刻”出一個看不見的漩渦，就能讓從亞毫米顆粒到厘米級結構件在內(nèi)的物體，在表面完成捕獲、繞行和旋轉(zhuǎn)——而且全程不需要任何電子調(diào)控設備。中國科學院聲學研究所(以下簡稱聲學所)與合肥工業(yè)大學的聯(lián)合團隊最近實現(xiàn)了這一思路，相關成果于2026年9月19日在線發(fā)表于 Advanced Science (DOI: 10.1002/advs.77631)。
 

　　利用結構化波場實現(xiàn)物體的非接觸操控，在微機械、微機器人和智能制造等領域具有重要應用價值。具有螺旋相位結構的渦旋波能夠攜帶軌道角動量(orbital angular momentum，OAM)，并通過動量傳遞驅(qū)動物體產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)和軌道運動。然而，現(xiàn)有復雜渦旋波場通常依賴多通道相控陣列或動態(tài)波前調(diào)控系統(tǒng)，對電子控制系統(tǒng)復雜度和相位同步精度要求較高。
 

　　為解決上述問題，中國科學院聲學研究所趙流現(xiàn)研究員、楊軍研究員團隊與合肥工業(yè)大學畢傳興教授團隊合作，提出了一種基于被動亞波長結構編碼的彎曲波渦旋表面操控平臺。研究團隊采用迷宮型亞波長單元作為局域相位調(diào)控載體，將目標渦旋所需的方位相位信息編碼于結構空間排布中，在無需電子相位調(diào)制的條件下，通過單通道激勵即可在薄板中產(chǎn)生具有指定拓撲荷的彎曲波渦旋。
 

　　實驗測量表明，形成的波場具有明顯的方位相位繞轉(zhuǎn)、中心低振幅區(qū)域和相位奇點。非均勻振幅分布為表面物體提供徑向約束，渦旋波攜帶的軌道角動量則通過方位動量傳遞產(chǎn)生切向驅(qū)動，兩者協(xié)同實現(xiàn)物體的局域、軌道輸運與旋轉(zhuǎn)操控。實驗進一步實現(xiàn)了從亞毫米顆粒、毫米級顆粒到厘米尺度輕質(zhì)結構的跨尺度表面操控：亞毫米顆?？稍跍u旋核心附近局域或在外圍持續(xù)軌道輸運，毫米級顆粒能夠圍繞渦旋核心進行穩(wěn)定的有界軌道運動，厘米尺度輕質(zhì)結構則可在渦旋波場作用下發(fā)生持續(xù)旋轉(zhuǎn)。
 

　　研究團隊還通過改變結構中編碼的拓撲荷符號，實現(xiàn)了彎曲波渦旋方位相位梯度及軌道角動量方向的反轉(zhuǎn)，并相應改變顆粒的軌道運動方向，建立了“結構相位編碼—軌道角動量—物體運動”之間的對應關系。
 

　　該研究建立了“結構預編碼—單通道激勵—渦旋波場重構”的被動彈性波調(diào)控方式，將結構編碼彎曲波渦旋從波場產(chǎn)生進一步拓展至實際表面物體操控，為結構化彈性波在表面顆粒輸運、微機械驅(qū)動及智能結構等領域的研究提供了新的思路。
 

　　論文第一作者為合肥工業(yè)大學與聲學所聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生畢澤陽，該研究工作在聲學所完成，聲學所趙流現(xiàn)研究員、楊軍研究員與合肥工業(yè)大學畢傳興教授為共同通訊作者。
 

　　引用：中國科學院聲學研究所與合肥工業(yè)大學研究團隊合作實現(xiàn)結構編碼彎曲波渦旋的跨尺度操控--中國科學院聲學研究所【引用時間：2026年9月28日】