科技日报记者 金凤
播放一段低频段噪声时，如果用海绵、岩棉等传统的吸音材料覆盖在音箱上，依然能听到嗡嗡的噪音。但如果换一种布满孔洞的超构吸声材料覆盖，噪音立即小了很多。12月13日，在南京大学现代工程与应用科学学院，该院教授卢明辉通过这一试验，向记者阐释了他们研发的超构吸声材料的价值。
自2007年博士毕业进入南大工作，卢明辉便在声与光的世界，探寻用人工微结构调控声场和光场的激发、传播和探测的新途径，研制新型功能材料和传感器件。
近年来，卢明辉带领团队成立新型研发机构，促进科技成果转化，推进声学超构材料和光声检测技术在交通载具、电网输运、装备制造声振工程等领域的应用和产品化。
卢明辉说，与此前埋头实验室做科研不同，做科技成果转化，要像“六边形战士”一样，既有科技创新能力，又能捕捉行业需求，还要能将成果产品化、标准化。
近日，卢明辉获评江苏省青年科技杰出贡献奖。
探路声光世界，用人工结构隔音降噪
“空气中的粒子冲击到耳膜时，在耳膜上产生振动，这些信号经过大脑处理，就是我们听到的声音。”初遇卢明辉时，他用这番介绍，阐释声音的缘起。而他与声、光研究结缘，始于2004年本科毕业考入南大教授陈延峰课题组。
“当时学术界已经能够用晶体结构控制电子的传播。”他回忆道，“作为人工周期性复合结构材料的声子晶体，成为新的研究热点。大家都很好奇，能不能用声子晶体控制声的散射、吸收、透射和传播。”
正如微电子技术通过利用半导体材料能带结构控制电子流动一样，利用人工结构材料设计能带结构，实现能带剪裁、调控波的传播，是人们利用光波和声波的一条新途径。
在陈延峰教授的指导下，卢明辉和团队从人工结构的周期性设计、材料物性的选择出发，研究人工带隙材料和人工超构材料中声的传播问题。他们首次在声子晶体中发现了声双负折射效应，发现了声波通过表面修饰的平板结构时的反常透射增强现象，研制出声学拓扑绝缘体。这些成果有的入围“2007年度中国基础研究十大新闻”，有的获得2015年国家自然科学奖二等奖。
“这些研究在声波的探测检测、隔音降噪以及光集成和光互联技术方面，都有重要的应用前景。我希望能把这些科研成果尽快转化落地。”自南大博士毕业留校后，卢明辉便开始研究吸隔音超构材料。
经过一系列成果的积累，2017年，在南京大学、南京市栖霞区人民政府支持下，卢明辉与团队联合上海复享光学股份有限公司，共同成立南京市首批新型研发机构——南京大学光声超构材料研究院，向业界提供专业的声学、振动及检测领域的技术解决方案。
跨越“死亡之谷”，用声音探测技术为产业提供解决方案
科研成果从实验室走向生产线，难以一蹴而就，甚至有时要跨越所谓的“死亡之谷”。研究院启动后的第一个项目，一度给卢明辉浇了一盆冷水。
“当时有家公司想做化工管道的流量控制，我们认为利用超声技术可以完成，但没想到做成产品所需的成本剧增。”卢明辉告诉科技日报记者，项目双方虽然最终“和解”，但这番经历让他认识到，将工程原理转变为技术产品，不仅要充分了解产业生态，还要确保产品的质量稳定性和标准化。
此后，卢明辉更加关注产业动态，他带领团队以产业重大应用需求为导向，开展科学研究与产学研协同创新，探索用光、声技术为产业赋能。
汽车在行驶过程中的噪声多种多样。它们来自发动机、空调、轮胎与地面的摩擦以及风阻等等。如何分析噪音来源和大小，以及零部件质量隐患？声音分析大有可为。
卢明辉带领团队自主研制的热线式矢量传声器技术，便能满足低频、高灵敏声学矢量探测。“车辆下线前的噪音测试中，将矢量传声器阵列放在车里，传声器就可以拾取汽车的各类声音信号。通过车内声场的三维重构，利用声纹识别测量声波的振速、压强及其在车内及车身周围的分布，就可以判断声音来源。”卢明辉说，“这一方面可以有针对性地为汽车减振，帮助车企生产更安静的汽车，另一方面也可以通过声音识别部件故障。”
目前，该团队的热线式矢量传声器技术已经与蔚来汽车、奇瑞汽车等车企达成合作。矢量传声器件产生的直接经济价值超两千万元。
随着工业界产品的精密化程度提高，对产品的无损探伤水平也提出更高要求。卢明辉带领团队自主研制出基于国产化激光测振仪的激光超声设备，可对碳纤维、高温合金等材料进行无损探伤。
“这就像给材料做B超，先用脉冲激光发出超声信号，然后接收材料反射回的信号，根据声信号的特征，分析材料内部是否有损伤或缺陷。”卢明辉说，这种技术可以探测毫米级、百微米级的材料缺陷，而且更适合用于异形曲面、高温高压辐射等极端环境下的材料探伤。目前，激光测振设备已经应用于航天相关项目的检测。
历经多年发展，卢明辉带领团队研究的超构材料、激光测振仪、声像仪、矢量传感等技术，从“看见”声音、“控制”声音，再到“利用”声音，形成了振动噪声的创新解决方案，已经在变电站、高速公路、大型装备减振降噪中得到广泛运用，助推我国飞机、船舶制造，轨道交通，特高压输变电设施等重大装备声振工程的发展。
用“耳朵”聆听城市，服务“宁静生活”
用耳朵聆听城市，让城市更美好，是卢明辉现在带领团队进行科技创新的又一个新目标。
最近，卢明辉正与团队共同努力，推动“苏州·中国声谷”建设项目落地和发展。
“我们尝试在当地进行噪声监控，构建噪声地图。”卢明辉告诉科技日报记者，目前他们正在常熟市的交通干道、商圈、隧道口、高架桥布设传感器，希望通过AI算法，把噪声的监测点位与当地的地理信息系统、交通流量等信息以及24小时的噪声数据叠加在一起，掌握城市不同区域的噪声分布情况。
“如果说城市角落里的摄像头是一双双眼睛，我们希望能为城市布设一些耳朵。”卢明辉说，团队正在用AI识别声纹信息，构建噪声模型，使模型能识别出水声、虫鸣鸟叫声、建筑噪声、发动机轰鸣声等不同声音，以方便城市管理者对噪声的管理。
这已经不是卢明辉首次用声音探测技术为城市“把脉”。此前，他带领团队在G45大广高速公路上，安装用于声音定位的矢量传声器，同时结合摄像头，开发道路噪声监控的声相系统，抓拍噪声超限车辆，摸索道路车辆噪声控制问题。
不管是在高校做科研，还是在研究院做产品，卢明辉喜欢跳出舒适区，寻找新机会。在他看来，产业界的工程技术问题，也蕴藏科学问题，虽然产业界提出的需求，有时是不明确的，但学界和业界的交流，可以促成一些共性技术的研发、核心难题的破解。
“如果说做科研有很大的不确定性，那么唯一确定的，就是我们一直要走在创新的路上。”卢明辉说。
