卢明辉（中）和学生在探讨研制低频扬声器。受访者供图
播放一段低频噪声时，将海绵、岩棉等传统吸音材料覆盖在音箱上，人们依然能够听到嗡嗡的噪声。但倘若换一种布满孔洞的超构吸声材料覆盖，噪声立即小很多。2024年12月31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，向科技日报记者展示了他带领团队成员研发的超构吸声材料。
自2007年获得博士学位进入南京大学工作，卢明辉便在声光世界潜心研制新型功能材料和传感器件，打造出一个个“声音捕手”。
近年来，卢明辉参与成立新型研发机构，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。
卢明辉说，与此前埋头在实验室做科研不同，做科技成果转化工作，要让自己成为“六边形战士”，既有科技创新能力，又能够敏锐捕捉行业需求，还要可以将成果产品化。
日前，卢明辉获2023年度江苏省青年科技杰出贡献奖。
步入声光世界
“空气中粒子的冲击会使耳膜产生振动，这些信号经过大脑处理，就形成了我们听到的声音。”初遇卢明辉时，他用这番话向记者解释声音是如何产生的。
在南京大学读本科时，卢明辉便开始与声学研究结缘。本科毕业后，他进入南京大学教授陈延峰课题组，踏入更广阔的声光世界。
“作为人工周期性复合结构材料，声子晶体成为当时的研究热点。大家都很好奇，能否用声子晶体控制声的散射、吸收、透射和传播。”卢明辉回忆道。
在微电子技术领域，科学家利用半导体材料能带结构可以控制电子流动。而在声学光学技术领域，研究人员希望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。这是人们操控光波和声波的一条新途径。
在陈延峰的指导下，卢明辉和团队成员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。这些成果有的入围中国基础研究十大新闻，有的获得国家自然科学奖。
“这些研究成果在声波的探测检测、隔音降噪等方面，有广阔的应用前景。我希望能够把这些科研成果尽快转化落地。”卢明辉回忆，自南京大学博士毕业留校后，他便开始研究吸隔音超构材料。
在获得一系列研究成果后，2017年，在南京大学和南京市栖霞区人民政府的支持下，卢明辉团队联合上海复享光学股份有限公司，共同成立江苏省南京市首批新型研发机构之一——南京大学光声超构材料研究院，致力于向业界提供专业的声学、振动及检测领域的技术解决方案。
穿越“死亡之谷”
科研成果从实验室走向生产线，很难一蹴而就。这中间存在一段空白地带。要想跨越它，需反复技术验证和大量资金投入。这段空白地带被形象地称为科技成果转化的“死亡之谷”。
南京大学光声超构材料研究院成立后，团队接到的第一个项目，给卢明辉浇了一盆冷水。
“当时，有家公司想对化工管道进行流量控制，我们认为利用超声技术可以实现，但没想到技术产品化成本非常高。”卢明辉告诉记者，这番经历让他认识到，将技术成果转变为产品，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，带领团队成员以产业重大需求为导向，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。
汽车在行驶过程中会产生多种噪声。如何通过分析噪声来源和大小，找出零部件质量隐患？声音分析技术大有可为。
卢明辉带领团队成员自主研制的热线式矢量传声器技术，能够满足低频、高灵敏声学矢量探测。
“在车辆下线前的噪声测试中，将我们研制的矢量传声器放在车里，传声器就可以拾取汽车发出的各类声音。通过三维重构车内声场，我们利用声纹识别技术测量声波的振速、压强，就可以判断声音的来源。”卢明辉介绍，“这一方面可以帮助车企生产出更安静的汽车，另一方面也可以通过声音识别部件故障。”
目前，卢明辉团队已经与蔚来汽车、奇瑞汽车等车企达成合作，应用热线式矢量传声器技术。
随着工业界产品精密化程度不断提升，人们对设备的无损探伤水平提出了更高的要求。卢明辉带领团队成员自主研制出基于国产化激光测振仪的激光超声设备，其可以对碳纤维、高温合金等材料进行无损探伤。
“这就像给材料‘做B超’。我们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。”卢明辉介绍，这种技术可以探测毫米级、百微米级的材料缺陷，更适合高温高压辐射等极端环境下的材料探伤。目前，卢明辉研制的激光超声设备已被应用于航天相关项目的检测中。
经过多年耕耘，卢明辉带领团队成员研制出超构材料、激光测振仪、声像仪等一系列产品，形成了振动噪声的创新解决方案。相关成果已经在变电站、高速公路、大型装备减振降噪中广泛应用。
布设城市“耳朵”
让城市更美好，是卢明辉现在带领团队成员进行科技创新的又一个新目标。
最近，卢明辉正在与团队成员共同努力，推动“苏州·中国声谷”建设项目的落地。
“我们尝试在当地进行噪声监测，构建噪声地图。”卢明辉告诉记者，目前他们正在江苏省常熟市的交通干道、商圈、隧道口、高架桥布设传感器，以获取这些区域24小时噪声数据。之后，他们希望利用人工智能算法，把噪声的监测点位与地理、交通流量等信息以及24小时的噪声数据叠加在一起，分析城市不同区域的噪声分布情况。
“如果说遍布城市的摄像头是一双双‘眼睛’，我们希望为城市布设一些‘耳朵’。”卢明辉介绍，他和团队成员正在用人工智能技术识别声纹信息，构建噪声模型，使模型能够识别出水声、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进行管理。
这已经不是卢明辉首次用声音探测技术助力城市管理。此前，他带领团队联合北京首都高速公路发展有限公司，在北京市大兴区的一处高速公路上，安装用于声音定位的矢量传声器，同时结合摄像头，开发出用于道路噪声监控的声相系统，抓拍噪声超限车辆，摸索解决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，卢明辉都愿意跳出“舒适区”，在不确定的科学世界中寻找新机遇。
“搞科研有很大的不确定性，而唯一确定的，就是我们一直走在创新之路上。”卢明辉说。（记者 金 凤）