上海交通大學機械與動力工程學院教授何清波研究組提出了隨機化共振超材料結構，突破了單傳感器振動溯源技術難題。該成果論文近日發表于《自然—通訊》。

　　在自然界，蜘蛛可以靈敏感知和定位落在蛛網上的昆蟲的振動。像蜘蛛一樣利用傳感器對遠處的振動激勵進行感知和定位即為振動溯源，在醫療健康監測、機器故障診斷、智能設備和物聯網等領域具有重要的應用價值。傳統的振源辨識技術通常依賴于多個分布式傳感器或傳感器網絡，測試系統復雜且功耗較高。

　　為了突破傳統振源辨識技術受傳感器數量限制的瓶頸，何清波等人利用超材料結構原理，提出了振動傳遞特性設計和調控的思路。超材料是一種自然界不存在的人工復合材料，具有超常的動力學特性。研究人員提出了隨機耦合振子動力學理論，建立了一種融入等效負質量特性的動力學分析方法，并以此指導設計了隨機耦合局域共振超材料結構模型，該模型包含多個具有隨機共振頻率且無序耦合的局域振子。

　　研究人員發現，該超材料結構模型局域振子等效質量的隨機分布與耦合產生了高度不相關的空間振動傳遞特性，這形成了振動傳遞特性編碼設計的物理機制。研究人員進而利用振動傳遞編碼特性構造了壓縮感知算法的觀測矩陣，僅利用一個振動傳感器的測量信號，實現了對多源寬帶振動激勵的高精度辨識，并且證明了該方法具有噪聲魯棒性。

　　該超材料結構形式具有靈活的單元可重構性，可以滿足不同應用場合的需求。研究人員還創建了一種基于單傳感器振動溯源的可用于指令、通信、加密和觸摸傳感的新型人機交互方式。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-020-15950-1