柔性超材料是指将传统超材料中人工设计微纳结构设计引入柔性可拉伸材料领域，相对于传统超材料，柔性超材料可以弯曲，折叠，拉伸，压缩，变形且仍能保持高效光/声/力调控性能，被广泛应用于人体健康器件，电子皮肤，人机交互界面等实际应用领域。据麦姆斯咨询报道，最近，华中科技大学臧剑锋教授团队在《国家科学评论》和《纳米快报》相继发表柔性超材料相关进展的论文。
臧剑锋团队提出了一种可以精确矫正色盲的反向设计隐形眼镜，通过类似配近似眼镜的方法，对色盲患者采取先诊断，后设计的反向设计方案，其定制化的色盲矫正隐形眼镜在仿真模拟与实际人体实验中都具备良好的矫正效果，相关工作以“Inverse-Designed Aid Lenses for Precise Correction of Color Vision Deficiency”为题在线发表在《Nano Letters》上（https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00262）。
色彩视觉是人类最重要的感知能力之一。然而地球上有3亿多人都患有色觉缺陷(色弱和色盲)相关的疾病。虽然目前还没有根治这种疾病的临床方法，但有一些特殊的滤色眼镜/镜片可以被用于色觉缺陷的矫正。通过团队自己搭建的色盲鉴别镜，我们可以像测量近视度数一样，精确地测量色盲患者的类别和严重程度。并根据患者的色盲情况，反向设计出具备合适参数（峰值吸光率，滤波波长）的色弱矫正隐形眼镜。这种精确矫正的隐形眼镜不但能提高患者对不同颜色的辨别能力，而且能给患者还原一个近似正常人的色觉体验（图1）。绝大多数患者在佩戴反向设计矫正眼镜后，对石原氏图的辨别能力有了明显的提升。并且反映对其他日常生活中的场景的颜色感知，如：红绿灯，彩色气球等都有了一定的提升。
图1 定制化色弱矫正眼镜眼镜的反向设计方法
本项工作提出了一种基于色盲患者的视锥细胞偏移，反向设计出具备精确矫正能力的色盲色弱矫正镜的设计方法。这种眼镜不但能提高患者对不同颜色的辨别能力，而且在日常生活中也能给患者还原一个近似正常人的丰富的色觉体验。同时，这种眼镜具备良好的生物相容性，高稳定性，良好的润湿性（佩戴舒适度）和低成本的优点，在未来的实际应用中具备很大的潜力。论文第一作者为华中科技大学光学与电子信息学院博士生田野、博士后唐瀚川、硕士生康天誉，论文通讯作者为华中科技大学光学与电子信息学院、武汉光电国家研究中心臧剑锋教授。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金资助支持。
在声学超构材料领域，臧剑锋教授团队在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表研究论文，提出可以利用无序超均匀图案分布构建内部声子带隙反射界面，来逼近理论上的完美声学黑洞，从而设计出了柔性的无序超均匀弹性超构材料(Disordered Hyperuniform Elastic Metamaterials，DHEM)，在宽频范围内拥有约4000倍的振动聚集增强效果。在一定程度变形条件下，这种柔性无序超均匀弹性超构材料仍能保持良好的振动集中效果。柔性无序超均匀弹性超构材料的设计和实现拓宽了超材料的具体应用场景，为进一步高效利用自然界中的振动能量、增强对微弱振动的感知奠定了坚实的基础。相关工作以2022年第一期封面文章的形式发表在National Science Review, 2022, 9, nwab133.（https://doi.org/10.1093/nsr/nwab133）。
在这项研究中，研究者将刚性圆柱按照优化好的特殊无序分布插入软材料基体内部，圆柱的排列分布具有幂函数（这里是抛物线）的边缘，近似于完美声学黑洞的条件（图2）。因此，当处于带隙频率范围内的弹性波从一边入射时，插入了圆柱的部分即可充当反射体，将弹性波很好地聚集在超构材料中虚拟的尖端位置。这种柔性无序超均匀弹性超构材料的设计和实现拓宽了超材料的具体应用场景，为进一步高效利用自然界中的振动能量、增强对微弱振动的感知奠定了坚实的基础。论文第一作者为博士后唐瀚川，论文通讯作者为臧剑锋教授。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金资助支持。
图2 柔性无序超均匀弹性超构材料
团队简介
臧剑锋现任华中科技大学光学与电子信息学院、武汉光电国家研究中心教授，博士生导师，国家海外高层次引进人才青年项目入选者。主持国家重点研发计划项目课题，国家自然科学基金面上项目、华为委托技术开发项目等国家或重点企业项目5项。博士期间在新加坡南洋理工大学学习微电子学与生物医学工程专业；博士后期间先后在美国南卡罗莱纳大学和杜克大学致力于纳米力学与软材料力学研究。2014年加入华中科技大学独立建组。以一作或通讯发表Nature Materials (1篇), Nature Communications (3篇)，National Science Review (1篇)，Nano Letters (8篇)等40余篇论文，ESI高被引5篇，他引4000多次，授权发明专利20余项。
研究团队专注于多学科交叉的智能软材料与器件研究，面向医疗健康重大需求，人机界面可靠接口开展医工交叉研究，重点研发智能医疗机器人，柔性智能材料。课题组与华中科技大学附属同济医院、附属协和医院，行业龙头企业华为和联影医疗有深度合作。
延伸阅读：
《超材料和超表面技术及市场-2021版》
