Advanced Science | 声学加密迎新突破！我校生物医学工程学院（未来技术学院）科研团队实现多维声学信息加密与数十秒级瞬时视觉解密

近日，我校生物医学工程学院（未来技术学院）张怀岺教授、林勤副教授团队联合中国科学院深圳先进技术研究院蔡飞燕研究员在国际知名学术期刊《Advanced Science》（中科院 1 区 TOP 期刊，影响因子 14.1）发表题为 “Multi-Dimensional Acoustic Cascaded Holographic Encryption with Instantaneous Visual Decryption via Particle Manipulation” 的研究论文。团队首次将多维复用级联声学全息术与微粒操控技术相融合，研发出紧凑式声学加密器件，成功实现多维信息加密与数十秒级瞬时视觉解密，为声学加密技术的实用化发展迈出关键一步。

这种紧凑声学加密器件采用创新策略大幅提升了信息编码自由度，从而构建起更严密的物理安全屏障。如图1所示，该器件突破了传统加密维度限制，除常规相位分布外，还将两个级联声全息透镜间的相对距离和相对旋转角度作为额外加密密钥，从而实现多维信息加密。其核心亮点在于实现瞬时可视化解密：当两个级联声全息透镜的密钥（距离与旋转角度）正确匹配时，重建声场产生的特定声辐射力，可驱动声学窗内的彩色 PDMS 粒子在数秒至数十秒内迅速自组装成加密图案（如数字、字母等），无需任何辅助电子扫描设备或后期图像处理，即可完成即时视觉解密。

图1基于多维声全息加密与瞬时视觉解密声学加密器件的概念图

图 2 展示了该器件的三维声全息加密与瞬时视觉解密原理及实验验证。其中，图 2（a）为技术概念图，呈现通过调控级联声全息透镜相对距离、旋转角度作为额外密钥，并结合 PDMS 微粒操控实现核心功能的设计思路；图 2（b）和（c）分别为两块声全息透镜的计算相位分布及 3D 打印样品。实验结果显示，当两个级联声全息透镜相对距离为 2cm、旋转角度为 0° 时，入射平面声源经调制后，在声学窗内形成数字“6”的重建声场（图 2（d）），并通过声辐射力驱动彩色 PDMS 粒子自组装成图案 “6”（图 2（e））；当相对距离调整为 3.4cm、旋转角度为 180°时，粒子则自组装成图案 “8”，成功实现三维声全息加密与瞬时视觉解密功能。

图2 （a）三维声全息加密与瞬时视觉解密概念图；（b）两块声全息透镜的计算相位分布；（c）3D 打印样品；（d）两种不同密钥参数下声学窗内重建声场的理论和实验结果；（e）彩色 PDMS 微粒在声场作用前后的排列实验结果

此项研究充分证实了所研发器件在多维信息加密和瞬时视觉解密方面的可行性与优越性，研究成果不仅为声学加密、水下保密通信、动态全息显示等领域提供了全新技术思路，而且在生物组织工程等交叉学科领域展现出广阔应用前景，具有重要的理论意义和实用价值。

此项研究是我校开展有组织科研，汇聚不同学科方向专家在声学信息领域取得的一项突破性研究成果。我校生物医学工程学院（未来技术学院）林勤副教授为论文第一作者，张怀岺教授与中国科学院深圳先进技术研究院郑海荣院士、蔡飞燕研究员为共同通讯作者。生物医学工程学院（未来技术学院）生物力学与生物材料实验室陈鸿鹏副教授指导PDMS微粒制备，20 级本科生刘韵清（现为南方医科大学研究生），24 级本科生周泽娇、李佳阳同学作为共同作者参与研究。该成果以我校生物医学工程学院（未来技术学院）为第一通讯单位，联合中国科学院深圳先进技术研究院、东莞市医学电子与医学影像设备重点实验室、松山湖医工融合创新中心共同完成，研究工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、深圳市杰出青年科学基金项目、广东省自然科学基金面上项目及广东医科大学博士启动基金等项目的大力支持。

原文链接： 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.