无需复杂的多通道电子相位调制，一块预先“刻”好微小结构的薄板，就能让从亚毫米颗粒到厘米级结构件在内的物体，在表面完成局域、绕行和旋转。中国科学院声学研究所与合肥工业大学的联合团队最近实现了这一新方法，相关成果于2026年9月19日在线发表于国际期刊《先进科学》。

利用波场实现物体的表面操控，在微机械、微机器人等领域很有价值。其中，携带轨道角动量的涡旋波，能像看不见的漩涡一样驱动物体旋转和绕行。但过去要产生这种复杂涡旋波，通常得靠多通道相控阵列或动态波前调控系统，电子控制系统复杂，相位同步精度要求也高。

为解决这个难题，声学所赵流现研究员、杨军研究员团队与合肥工业大学毕传兴教授团队合作，探索了一种基于被动亚波长结构编码的弯曲波涡旋操控平台。他们在薄板上排布迷宫型的微小单元，把目标涡旋所需的方位相位信息直接“写”进结构里。这样，不需要电子相位调制，只用一个通道激励，就能在薄板中产生指定拓扑荷的弯曲波涡旋。

实验测量显示，形成的波场有清晰的方位相位绕转、中心低振幅区域和相位奇点。非均匀振幅分布使表面物体表现出径向约束趋势，涡旋波携带的轨道角动量则通过方位动量传递产生切向驱动，两者配合，实现物体的局域、轨道输运与旋转。实验实现了跨尺度操控：亚毫米颗粒可在涡旋核心附近局域或在外围持续轨道输运，毫米级颗粒能围绕涡旋核心做稳定有界轨道运动，厘米尺度轻质结构则可持续旋转。

研究团队还通过改变结构中编码的拓扑荷符号，让弯曲波涡旋的方位相位梯度及轨道角动量方向反转，颗粒的轨道运动方向也随之改变。这表明“结构相位编码—轨道角动量—物体运动”之间存在清晰的对应关系。

该研究形成了“结构预编码—单通道激励—涡旋波场重构”的被动弹性波调控方式，将结构编码弯曲波涡旋从波场产生拓展至实际表面物体操控。论文通讯作者赵流现研究员表示：“这项技术为表面颗粒输运、微机械驱动及智能结构等领域提供了新的思路，下一步我们将继续探索更多应用场景。

被动结构编码弯曲波涡旋产生与物体操控原理。研究团队供图

弯曲波涡旋跨尺度表面物体操控实验。研究团队供图

记者：张佳琪