"怀长期主义，聊医工科技"
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麻省理工学院（MIT）的研究人员开发出了一种全新的设计框架，能够在微观声学超材料中实现超声波传播的精准控制。这一突破性的研究成果为医学超声成像、信息传输以及机械计算等领域的未来应用开辟了全新的可能性。
声学超材料的新纪元
声学超材料是一类通过精密工程设计来操控声波和弹性波传播的特殊材料。然而，尽管理论和计算机模拟在这一领域取得了显著进展，实际物理样本的开发却主要局限于大规模结构或低频率应用。
由MIT机械工程助理教授卡洛斯·波特拉（Carlos Portela）带领的研究团队突破了这一瓶颈。他们通过在微观尺度的晶格结构中精确安置微小球体，成功实现了超声波传播速度和响应的可调性，为超声波控制开辟了全新的路径。
“超材料具有同时兼顾轻量化、高强度以及声学属性可调的多功能特性，使其在极端条件下的工程应用中潜力巨大，”波特拉说道。“我们通过这一研究，首次展示了如何在超声频率下实现声学超材料的应用，填补了理论与实际之间的空白。”
超声波传播的新型设计框架
研究团队提出了一种“支撑立方”结构（braced-cubic）的微观晶格设计框架，通过在弹簧状支架结构中精确放置微观球体来操控声波传播。
“这一框架本质上将材料的物理属性与几何特征紧密联系起来，”
研究论文的第一作者瑞秋·孙（Rachel Sun）解释道。
“通过将球体置于晶格支架上，我们创造了质量、刚度和波速之间的直接类比关系。这种方法可以轻松设计出数百种不同的材料属性。”
这一研究成果已发表在《科学进展》（Science Advances）期刊上，详细阐释了声波在超材料中的传播机制，并展示了通过质量和刚度变化来调控动态属性的原理。
实验验证与突破性成果
研究团队利用高通量激光超声无损检测技术，成功展示了微观超材料中的波速可调性。他们还开发了一种声学解多路器，可以将单一声信号分离为多个输出信号。
“通过在空间和时间上调控波传播路径，我们为超声波在各种应用中的潜力开辟了新的方向，这包括用于聚焦成像的设备或先进的信息传输系统。”
波特拉说道。
在医疗领域的未来应用
这一研究成果为医疗行业带来了多种潜在的创新应用：
超声医学成像：
精准控制声波传播能够显著提升超声成像的分辨率与效率。未来，这项技术或将应用于高精度的肿瘤诊断或动态血流监测。
非侵入性治疗：
声学超材料的波聚焦能力可以应用于非侵入性治疗设备，例如聚焦超声手术（FUS）和疼痛管理设备。通过精准引导超声波至目标组织，达到高效治疗的效果，同时减少对周边组织的损伤。
医疗超声传感器：
这一框架能够开发出新型超声传感器，用于实时监测患者的生理信号，例如血压、心率和组织弹性，适用于可穿戴健康设备。
神经调控和情绪调节：
精确控制超声波传播的技术可以用于开发新一代神经调控设备，辅助治疗帕金森病、抑郁症等疾病。
声学数据传输与计算：
在手术机器人和医疗信息系统中，利用声学超材料进行超声信号的传输和计算，可能实现更快速、更稳定的远程医疗操作和数据处理。
MIT的研究成果不仅推进了超材料领域的理论和实验技术，也为相关领域的应用奠定了坚实基础。研究人员指出，这一框架的设计理念具有极大的通用性，可以适配于多种制造工艺和规模，甚至使用单一材料和几何基底即可实现动态属性的大范围调控。
“这一框架的美妙之处在于它将物理材料特性与几何设计完美结合，”
波特拉总结道。
“我们的研究成果展示了声学超材料的广泛潜力，并为未来的探索和应用提供了全新视角。”
在医疗行业需求不断升级的背景下，MIT的这一创新成果有望引领超声技术迈向新的高度，为人类健康事业带来更多变革性解决方案。
参考文献
Tailored ultrasound propagation in microscale metamaterials via inertia design” by Rachel Sun, Jet Lem, Yun Kai, Washington DeLima and Carlos M. Portela, 6 November 2024, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adq6425
"怀长期主义，聊医工科技"
我是超哥，超声行业17年老伙计，做过研发，搞过生产，趟过市场，开过（在开）公司；越野跑爱好者；工作狂；沟通粗暴直接；严苛完美主义者；起伏皆为过往；信奉长期主义和第一性原则；欢迎来聊来组局...
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