Advanced Science | 聲學(xué)加密迎新突破！我校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（未來技術(shù)學(xué)院）科研團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)多維聲學(xué)信息加密與數(shù)十秒級(jí)瞬時(shí)視覺解密

近日，我校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（未來技術(shù)學(xué)院）張懷岺教授、林勤副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院蔡飛燕研究員在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Advanced Science》（中科院 1 區(qū) TOP 期刊，影響因子 14.1）發(fā)表題為 “Multi-Dimensional Acoustic Cascaded Holographic Encryption with Instantaneous Visual Decryption via Particle Manipulation” 的研究論文。團(tuán)隊(duì)首次將多維復(fù)用級(jí)聯(lián)聲學(xué)全息術(shù)與微粒操控技術(shù)相融合，研發(fā)出緊湊式聲學(xué)加密器件，成功實(shí)現(xiàn)多維信息加密與數(shù)十秒級(jí)瞬時(shí)視覺解密，為聲學(xué)加密技術(shù)的實(shí)用化發(fā)展邁出關(guān)鍵一步。

這種緊湊聲學(xué)加密器件采用創(chuàng)新策略大幅提升了信息編碼自由度，從而構(gòu)建起更嚴(yán)密的物理安全屏障。如圖1所示，該器件突破了傳統(tǒng)加密維度限制，除常規(guī)相位分布外，還將兩個(gè)級(jí)聯(lián)聲全息透鏡間的相對(duì)距離和相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度作為額外加密密鑰，從而實(shí)現(xiàn)多維信息加密。其核心亮點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)可視化解密：當(dāng)兩個(gè)級(jí)聯(lián)聲全息透鏡的密鑰（距離與旋轉(zhuǎn)角度）正確匹配時(shí)，重建聲場(chǎng)產(chǎn)生的特定聲輻射力，可驅(qū)動(dòng)聲學(xué)窗內(nèi)的彩色 PDMS 粒子在數(shù)秒至數(shù)十秒內(nèi)迅速自組裝成加密圖案（如數(shù)字、字母等），無需任何輔助電子掃描設(shè)備或后期圖像處理，即可完成即時(shí)視覺解密。

圖1基于多維聲全息加密與瞬時(shí)視覺解密聲學(xué)加密器件的概念圖

圖 2 展示了該器件的三維聲全息加密與瞬時(shí)視覺解密原理及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其中，圖 2（a）為技術(shù)概念圖，呈現(xiàn)通過調(diào)控級(jí)聯(lián)聲全息透鏡相對(duì)距離、旋轉(zhuǎn)角度作為額外密鑰，并結(jié)合 PDMS 微粒操控實(shí)現(xiàn)核心功能的設(shè)計(jì)思路；圖 2（b）和（c）分別為兩塊聲全息透鏡的計(jì)算相位分布及 3D 打印樣品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)兩個(gè)級(jí)聯(lián)聲全息透鏡相對(duì)距離為 2cm、旋轉(zhuǎn)角度為 0° 時(shí)，入射平面聲源經(jīng)調(diào)制后，在聲學(xué)窗內(nèi)形成數(shù)字“6”的重建聲場(chǎng)（圖 2（d）），并通過聲輻射力驅(qū)動(dòng)彩色 PDMS 粒子自組裝成圖案 “6”（圖 2（e））；當(dāng)相對(duì)距離調(diào)整為 3.4cm、旋轉(zhuǎn)角度為 180°時(shí)，粒子則自組裝成圖案 “8”，成功實(shí)現(xiàn)三維聲全息加密與瞬時(shí)視覺解密功能。

圖2 （a）三維聲全息加密與瞬時(shí)視覺解密概念圖；（b）兩塊聲全息透鏡的計(jì)算相位分布；（c）3D 打印樣品；（d）兩種不同密鑰參數(shù)下聲學(xué)窗內(nèi)重建聲場(chǎng)的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果；（e）彩色 PDMS 微粒在聲場(chǎng)作用前后的排列實(shí)驗(yàn)結(jié)果

此項(xiàng)研究充分證實(shí)了所研發(fā)器件在多維信息加密和瞬時(shí)視覺解密方面的可行性與優(yōu)越性，研究成果不僅為聲學(xué)加密、水下保密通信、動(dòng)態(tài)全息顯示等領(lǐng)域提供了全新技術(shù)思路，而且在生物組織工程等交叉學(xué)科領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

此項(xiàng)研究是我校開展有組織科研，匯聚不同學(xué)科方向?qū)＜以诼晫W(xué)信息領(lǐng)域取得的一項(xiàng)突破性研究成果。我校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（未來技術(shù)學(xué)院）林勤副教授為論文第一作者，張懷岺教授與中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院鄭海榮院士、蔡飛燕研究員為共同通訊作者。生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（未來技術(shù)學(xué)院）生物力學(xué)與生物材料實(shí)驗(yàn)室陳鴻鵬副教授指導(dǎo)PDMS微粒制備，20 級(jí)本科生劉韻清（現(xiàn)為南方醫(yī)科大學(xué)研究生），24 級(jí)本科生周澤嬌、李佳陽同學(xué)作為共同作者參與研究。該成果以我校生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院（未來技術(shù)學(xué)院）為第一通訊單位，聯(lián)合中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院、東莞市醫(yī)學(xué)電子與醫(yī)學(xué)影像設(shè)備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、松山湖醫(yī)工融合創(chuàng)新中心共同完成，研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、深圳市杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、廣東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目及廣東醫(yī)科大學(xué)博士啟動(dòng)基金等項(xiàng)目的大力支持。

原文鏈接： https://doi.org/10.1002/advs.202516151

引用： Q. Lin, F. Cai, Y. Liu, Z. Zhou, J. Li, R. Zhang, H. Chen, H. Zheng, and H. Zhang, Multi-Dimensional Acoustic Cascaded Holographic Encryption with Instantaneous Visual Decryption via Particle Manipulation, Adv. Sci. 2025, e16151.