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景云:为“隐身衣”热门材料另辟蹊径,噪声也可以被消灭

2019年1月21日,《麻省理工科技评论》公布了2018年“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。从榜单中,我们看到更多中国创新科研力量的崛起,也看到跨学科、跨领域、并且对落地应用有更强烈企图心与使命感的科研创新,这其中涵盖人工智能研究与应用、NLP、脑科学、新材料、新能源、生命科学、生物科技、自动驾驶等多个不同领域。我们将陆续发出对35位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于Innovators Under 35 China榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35岁以下创新35人”(Innovators Under 35 China)榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届榜单正在征集提名与报名,截止时间2019年5月31日。

景云:为“隐身衣”热门材料另辟蹊径,噪声也可以被消灭

“外公一生淡泊名利,追求三乐:知足常乐、助人为乐、读书最乐。这也是我毕生追求的目标。”

景云是个不折不扣的“学三代”。他的外公徐复是著名的语言学家、南京师范大学教授,徐复也是老一辈训诂学家,国学大师章太炎、黄侃的入门弟子和学术传人。父亲是南京大学的文学教授,母亲则是一名作家。出生于这样的家庭,景云从小却对理工科更加感兴趣。现在已经成为美国北卡罗来纳州立大学机械与航天工程副教授的景云,回忆起自己的成长经历时说道:“恐怕很少会有人想到我今天会在美国大学当老师,包括我自己。因为我是搞工科而我外公和父母都是搞文科的,所以我们的思维模式有很大不同。”

尽管在做人方面,景云的家人对他有非常大的影响,但对他的学习成绩却没有很高要求。尤其是考入高手如云的南京大学,学习声学专业之后,他的学习成绩“只能说是不温不火”。不过,他还是在本科期间就提前开始做科研,并把本科毕业论文用英文发表在了国际期刊上。申请出国的时候,由于学习成绩不是最优秀,景云一直担心没有学校会愿意录取他。幸运的是,在一位南大声学老师的推荐下,他拿到了美国伦斯勒理工学院的录取通知书。这所学校是美国历史上的第一所理工科大学,在美国的教育界、学术界和工程技术界享有盛名,但可能是由于规模较小的原因,直到申请的时候景云才第一次听说这个大学。后来,他最心仪的伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(UIUC)也录取了他,但考虑到自己已经答应了伦斯勒理工,还是放弃了在工程领域鼎鼎大名的UIUC。就这样,UIUC错过了一位日后冉冉升起的学术新星。

在伦斯勒,从事建筑声学研究的景云只用了三年的时间,就完成了全部的硕士和博士学业。他所开发的室内声学扩散方程和传输方程模型,被学界认为是室内声学建模上的一项重要突破。目前在学术界使用最广泛的有限元分析软件之一COMSOL,其在声学扩散方程界面上采用的模型,就有一部分出自于景云。之后,他在哈佛大学医学院从事博士后研究,转而开展超声波治疗肿瘤以及非线性声学方面的工作,发表了一系列重要的论文;又在北卡罗来纳州立大学教授职位申请截止前的最后一天看到了招聘广告,并完成了那年唯一的一次教职申请。在北卡,不为自己的研究方向设限的景云再一次开辟了新的领域——声学超材料。

超材料指的是一类具有特殊性质的人造材料。通过在微小单元上进行人工设计,并对其具有周期性排列的规律结构进行精确控制,超材料能够实现一些独特的性质,例如负的折射率等。因此。超材料可以用来制造“隐身衣”。而景云关注的则是超材料在声学上的应用。他的研究方向是一个相对朴素、但有着巨大应用价值的领域:噪声控制。

降噪的意义自不必提。不论是飞机、汽车,还是马路、工厂,甚至是楼板不太厚的住宅楼,噪音无处不在。传统的泡沫等降噪材料,普遍具有一些缺点,比如吸声效率较低、可吸收频率范围有限,这使得这些材料对低频噪音(比如水泵、空调、发动机等)的隔绝或吸收十分有限;再比如机械强度不高、密度却不低,使得在飞机、汽车、高铁等对强度、密度都有要求的领域使用受限。

但是,超材料的出现改变了这一面貌。2015年,景云的团队发明了一种基于普通蜂巢材料的降噪超材料。针对工业界的实际诉求,他们在常规的蜂巢形状的空心材料上,添加了一层薄膜,在具有超轻质量和超高机械强度的同时,可将噪音降到之前的一千分之一。这项基于廉价材料开发的降噪超材料,可广泛用于各类交通工具、会议室等诸多环境中,尤其可能对飞机制造、机场建设等领域的革新带来深远影响。

之后,他们再一次取得突破。为了进一步降低材料的密度,他们甚至连仅占总重量5%左右的薄膜也取消掉了,代之以在蜂巢材料中打出精心设计过的、大小不一的小孔。这种材料能够在一个宽频带中达到几乎完美的吸声效果,更大幅地降低了工业生产的难度。现在,他们正在进行大样品测试。一旦取得成功,就将进入到大规模商业化应用阶段,景云估计,这个时间最长不会超过五年,工业界包括财富世界前五百强的公司也已经对这种新型材料明确表达出了强烈的兴趣。

凭借其在声学超材料方面和声波传播模型领域的研究成果,景云于2018年获得了著名的R. Bruce Lindsay 奖。这是这个奖项自1942年设立以来,第一次颁发给一位出生于中国大陆的学者。而景云,已经投身到了包括超材料、超声波治疗中风等在内的一系列新挑战中,更大的成就在等待着这位年轻的学者。