柔性超材料是指將傳統超材料中人工設計微納結構設計引入柔性可拉伸材料領域，相對于傳統超材料，柔性超材料可以彎曲，折疊，拉伸，壓縮，變形且仍能保持高效光/聲/力調控性能，被廣泛應用于人體健康器件，電子皮膚，人機交互界面等實際應用領域。據麥姆斯咨詢報道，最近，華中科技大學臧劍鋒教授團隊在《國家科學評論》和《納米快報》相繼發表柔性超材料相關進展的論文。
臧劍鋒團隊提出了一種可以精確矯正色盲的反向設計隱形眼鏡，通過類似配近似眼鏡的方法，對色盲患者采取先診斷，后設計的反向設計方案，其定制化的色盲矯正隱形眼鏡在仿真模擬與實際人體實驗中都具備良好的矯正效果，相關工作以“Inverse-Designed Aid Lenses for Precise Correction of Color Vision Deficiency”為題在線發表在《Nano Letters》上（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00262）。
色彩視覺是人類最重要的感知能力之一。然而地球上有3億多人都患有色覺缺陷(色弱和色盲)相關的疾病。雖然目前還沒有根治這種疾病的臨床方法，但有一些特殊的濾色眼鏡/鏡片可以被用于色覺缺陷的矯正。通過團隊自己搭建的色盲鑒別鏡，我們可以像測量近視度數一樣，精確地測量色盲患者的類別和嚴重程度。并根據患者的色盲情況，反向設計出具備合適參數（峰值吸光率，濾波波長）的色弱矯正隱形眼鏡。這種精確矯正的隱形眼鏡不但能提高患者對不同顏色的辨別能力，而且能給患者還原一個近似正常人的色覺體驗（圖1）。絕大多數患者在佩戴反向設計矯正眼鏡后，對石原氏圖的辨別能力有了明顯的提升。并且反映對其他日常生活中的場景的顏色感知，如：紅綠燈，彩色氣球等都有了一定的提升。
圖1 定制化色弱矯正眼鏡眼鏡的反向設計方法
本項工作提出了一種基于色盲患者的視錐細胞偏移，反向設計出具備精確矯正能力的色盲色弱矯正鏡的設計方法。這種眼鏡不但能提高患者對不同顏色的辨別能力，而且在日常生活中也能給患者還原一個近似正常人的豐富的色覺體驗。同時，這種眼鏡具備良好的生物相容性，高穩定性，良好的潤濕性（佩戴舒適度）和低成本的優點，在未來的實際應用中具備很大的潛力。論文第一作者為華中科技大學光學與電子信息學院博士生田野、博士后唐瀚川、碩士生康天譽，論文通訊作者為華中科技大學光學與電子信息學院、武漢光電國家研究中心臧劍鋒教授。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金資助支持。
在聲學超構材料領域，臧劍鋒教授團隊在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發表研究論文，提出可以利用無序超均勻圖案分布構建內部聲子帶隙反射界面，來逼近理論上的完美聲學黑洞，從而設計出了柔性的無序超均勻彈性超構材料(Disordered Hyperuniform Elastic Metamaterials，DHEM)，在寬頻范圍內擁有約4000倍的振動聚集增強效果。在一定程度變形條件下，這種柔性無序超均勻彈性超構材料仍能保持良好的振動集中效果。柔性無序超均勻彈性超構材料的設計和實現拓寬了超材料的具體應用場景，為進一步高效利用自然界中的振動能量、增強對微弱振動的感知奠定了堅實的基礎。相關工作以2022年第一期封面文章的形式發表在National Science Review, 2022, 9, nwab133.（https://doi.org/10.1093/nsr/nwab133）。
在這項研究中，研究者將剛性圓柱按照優化好的特殊無序分布插入軟材料基體內部，圓柱的排列分布具有冪函數（這里是拋物線）的邊緣，近似于完美聲學黑洞的條件（圖2）。因此，當處于帶隙頻率范圍內的彈性波從一邊入射時，插入了圓柱的部分即可充當反射體，將彈性波很好地聚集在超構材料中虛擬的尖端位置。這種柔性無序超均勻彈性超構材料的設計和實現拓寬了超材料的具體應用場景，為進一步高效利用自然界中的振動能量、增強對微弱振動的感知奠定了堅實的基礎。論文第一作者為博士后唐瀚川，論文通訊作者為臧劍鋒教授。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金資助支持。
圖2 柔性無序超均勻彈性超構材料
團隊簡介
臧劍鋒現任華中科技大學光學與電子信息學院、武漢光電國家研究中心教授，博士生導師，國家海外高層次引進人才青年項目入選者。主持國家重點研發計劃項目課題，國家自然科學基金面上項目、華為委托技術開發項目等國家或重點企業項目5項。博士期間在新加坡南洋理工大學學習微電子學與生物醫學工程專業；博士后期間先后在美國南卡羅萊納大學和杜克大學致力于納米力學與軟材料力學研究。2014年加入華中科技大學獨立建組。以一作或通訊發表Nature Materials (1篇), Nature Communications (3篇)，National Science Review (1篇)，Nano Letters (8篇)等40余篇論文，ESI高被引5篇，他引4000多次，授權發明專利20余項。
研究團隊專注于多學科交叉的智能軟材料與器件研究，面向醫療健康重大需求，人機界面可靠接口開展醫工交叉研究，重點研發智能醫療機器人，柔性智能材料。課題組與華中科技大學附屬同濟醫院、附屬協和醫院，行業龍頭企業華為和聯影醫療有深度合作。
延伸閱讀：
《超材料和超表面技術及市場-2021版》
