2020年10月30日，國際綜合性Top期刊《Science Advances》在線發表我院張宇教授團隊最新科研成果“Bioinspired Metagel with Broadband Tunable Impedance Matching”。

能量傳輸廣泛應用于科學研究與工程實踐中。20世紀初，貝爾實驗室發現阻抗匹配能提高能量傳輸效率，這使跨大陸通信成為可能。當前，厚度為波長四分之一的阻抗匹配器被廣泛應用于電、聲和光等不同形式能量的傳輸中。水下聲吶、超聲無損監測和醫用超聲成像等均使用了聲匹配層設計。然而，常規的均勻阻抗匹配器存在著基本的波長-長度依賴性，致使能量只能在窄頻帶內傳輸。自然界中存在天然的寬帶傳輸現象。歷經長期的自然選擇，海豚進化出復雜、多相的回聲定位系統，能將寬帶聲脈沖高效地傳輸到水中，其工作原理能為寬帶阻抗匹配設計提供新思路。

廈門大學海洋與地球學院海洋仿生聲學與技術(Marine Bioinspired Acoustics and Technology) 實驗室常年致力于生物聲學與仿生研究。近日，實驗室負責人張宇教授與美國麻省理工學院的方絢萊教授和趙選賀教授合作，結合海豚聲學結構、超構材料設計以及水凝膠柔性材料，設計了一種全新的“超凝膠阻抗變換器”(BMIT)。研究團隊提出了該阻抗變換器的不均勻聲傳輸理論，揭示了其寬帶聲傳輸的工作機理。進一步，研究團隊在開展的水下超聲探測實驗中，將超構結構嵌入至水凝膠基體中，實現BMIT的阻抗漸變特性與柔性可調。測量結果表明該人工結構能夠實現水下寬帶聲傳輸與目標探測。BMIT結合海豚仿生、超構材料可編程與水凝膠可調的優勢，突破傳統阻抗匹配器的波長-長度依賴性，其原理可應用于聲學、力學、電子學和電磁學等多個領域。

論文第一署名單位為廈門大學水聲通信與海洋信息技術教育部重點實驗室。海洋與地球學院博士研究生董爾謙、宋忠長博士為該論文共同第一作者，張宇教授、方絢萊教授為共同通訊作者。研究工作獲得國家重點研發項目課題(2018YFC1407504)、國家自然科學基金(41676023; 41276040; 41422604; 11604128)等資助。

圖1  A. 海豚頭部的三維重建和組織樣本；B. 海豚聲主軸方向的阻抗分布函數；C. BMIT陣列示意圖和尺寸分布；D-E. BMIT（凝膠-阻抗匹配結構）與QIT（四分之一波長阻抗匹配器）傳輸性能對比；F. BMIT與QIT頻率響應的理論-模擬結果對比；

圖2  A. BMIT實驗示意圖；B. 凝膠-阻抗變換器的壓縮比和填充率與聲阻抗變換關系；C. 四分之一波長匹配器和凝膠-阻抗變換器的模擬-實驗結果對比圖；