在你身处置于沙发之上时，于房间之内的墙纸能够播放音乐，从而使你沉浸到真切的环绕立体声氛围之中；与此同时，这些墙纸具备麦克风的作用功能，能够让你向智能家居下达指令。

这听起来特别科幻，然而却实实在在能够变成现实。最为关键的一点在于，想要制作成如此一款神奇的薄膜音箱，仅仅只需低成本的压电薄膜材料以及简单的加工工艺便可以达成，如此一来，相较于之前的技术，它更含有大规模应用的前景。

这种非常酷炫的新型多功能声学薄膜，承载着那个梦想，它的发明者是美国麻省理工学院（MIT）电机电子工程与计算机科学系博士后韩金池。

近日，这项研究发表在国际顶刊IEEE on 上。

巧妙的“三明治”设计

从事科研工作的人员，总是能够使得看似如在天空奔驰、不着边际的想法，一个一个地变成现实，从而更好地为人类带来福祉。

为韩金池所在团队所进行的研究，正是这般情形。相较于当前市面上已然存在的传统扬声器，他们更为期望制造出极为薄、柔性颇为良好、可具备透明特质且拥有较为出色声学特性的替代产品。而这些突出的亮点，恰恰也被一些在国际上颇具知名度的公司所留意到。

一开头的时候，他们呈现出了数量众多的想法，紧接着从中挑选出了三种相对比较合适的方案，在这三种方案里，有两种是借助静电效应的声学薄膜，另外一种是依靠压电技术的声学薄膜。在经历了建模以及仿真，并且对加工难度进行衡量之后，最终压电方案取得了胜利。

拿起一个貌似纸样的物件儿，把一条音频线夹在其上，音频线的另一端插进电脑的耳机接口处，如此便能听到它发出的声响，这般感受着实相当奇妙，论文所附的演示视频这般介绍此项新发明。

事实上，薄膜扬声器在以往的时间里便已存有，然而，薄膜在施加电压之后，要达成能够自由自在地振动这一条件，才可以使得声音得以发出。这也就表明了，薄膜势必要制作成为一种处于悬空状态的设计样式，从而让振动不会受到阻挡干扰。

不过呢，要是不让它去触碰任何物体的表面，那么它既没办法被做成墙纸来贴在室内的墙壁上，又没办法被嵌入到汽车的内饰里面，如此这般就极大地限制了其应用的范围。

因此，关键之处在于那悬空着的薄膜结构。韩金池运用了一个构思巧妙的“三明治”设计，使得这个问题得以顺利解决。

不必要让整个薄膜都处于悬空状态且发生振动，我设计了一些处于悬空状态的微结构，许多如同泡泡一样的小圆顶，它们能够自由地振动，并且代替薄膜的整体振动来产生声音，论文第一作者韩金池向《中国科学报》介绍。

小圆顶形成阵列结构。受访者供图

这些具备圆顶形状的微结构，是运用真空压纹工艺，加工于超薄的聚偏二氟乙烯压电薄膜之上，将此压电薄膜夹置于两片多孔PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）材料中间，这相当于为圆顶营造了一定的空间，致使它们始终处于悬空状态，且得以自由振动。

两层PET各自履行着属于它们的职责，底层的作用在于，使压电薄膜与所安装的物体表面之间形成一个空间，进而不会对圆顶振动造成影响，以此保证在各种应用场景之下，能够呈现出出色的性能；顶面的那一层，其目的是保护脆弱的小圆顶，致使其在日常操作过程当中，不会遭受磨损以及冲击，以此提升耐用性。这是由于，若用手直接去触摸超薄的压电薄膜，便极易致使上面的圆顶出现变形，甚至是凹陷的情况。

受访者供图

大约15微米高的每个圆形小凸起，还比不上一根头发丝的厚度。厚度为8至12微米是压电材料。PET的厚度为50微米。尽管叠加了如此数量众多的材料，然而整个声学薄膜依旧很薄，大概厚0.1毫米，就如同一张纸那般。

韩金池表明，他们能够将这款薄膜扬声器制作得更薄，鉴于这项研究所使用的PET是市面上直接可得的，未来能够加工更薄的PET材料。

一切的选材看似很随意，实则是团队深谋远虑。

韩金池表示，我们的核心思想是以实用化为导向，其目的并非是要在性能上创纪录，所以亮点并不在于材料本身，用最常见的材料，采用最低成本的加工手段，还能够保证优异性能，如此才可以让这项技术走得更远。

低功耗、高性能、可降噪

靠电流驱动的常见扬声器，需要有较大电流输入，借助电流通过线圈来产生磁场，进而带动振膜振动，以此产生声音。然而情况是，因为有大电流，继而容易致使发热严重，最终造成能量损耗。

而团队所开发的薄膜扬声器，其压电材料之上的每一个微小圆顶，皆是一个单独的发声单元，当中有数千个如此这般的小圆顶，形成了阵列结构，并且一同振动，于是便能够产生声音。

“整个过程是依靠电场来进行驱动的，不存在很大的电流，所以也就不会形成十分明显的发热现象，其功耗相较于现有的扬声器要低出许多。”韩金池给出这样的表示。

特别值得说的是，和现有的各类多种多样的薄膜扬声器相较而言，这项发明在发出声音这一个方面有着更高的灵敏度以及带宽，而且能够贴在任何的物体表面去使用。哪怕是在一些呈现弯曲状态或者不规则的表面之上，它依然能够输出质量不错的声音。

切勿小瞧这些小圆顶所具备的能力，它们不但能够生成声波，与此同时还能够感应声波，这意味着，这款声学薄膜还能够被用作麦克风去记录音频，并且拥有高保真度。

声学薄膜。受访者供图

其主动降噪的能力更是引起了关注。

韩金池说，未来会大面积布置薄膜扬声器，在像飞机座舱那样嘈杂的环境里，借助产生相同幅度然而相位相反的声音，以此来削弱噪声，达成主动降噪。

日后面对不一样的应用，会提出更多的要求，并且这项技术的优势在于，它的可调节性很强。

韩金池表示，现在性能存在着颇为显著的提升空间，我们能够开展诸多微结构设计用以替换圆顶，甚至能够进行某些特定微结构的组合来改良低频的特性。

接下来，他们会进行持续不断的尝试，而后继续加以改进，以使该技术在未来能够于空间主动降噪以及沉浸式音频领域，还有人机声学接口方面，以及智能家居范畴，和柔性消费电子设备领域，包括超声测距与成像领域，乃至生物医学工程领域展现卓越成效标点符号。

做科研完全是因为热爱

韩金池在MIT的实验室里。受访者供图

如众多理工科学生那般，韩金池，同样历经了一段起始迷茫，最终走向坚定的心路之过程。

2009年，他考进了清华大学，进入电机工程与应用电子技术系，本科开始的前两年，他把时间都花在了上课这件事上，还花在了学习这件事上，也花在了考试这件事上。

自我要求严格且勤奋不懈的他，几乎长期把自习室当作自己的安身之所，目的可是要在诸多杰出人才里崭露头角。然而，这般循规蹈矩的日子，一直以来都让他觉得少了些趣味，甚而内心有些困惑迷茫。

就在大三的那一年，有一个机缘巧合的状况，使得韩金池加入到一个全新的无线充电项目当中，而这个项目恰恰是当年的SRT挑战杯专项。

正巧是这个时机，使得他针对科研萌生了强烈突出的喜好，“相对去考试获取一个较高分数来讲，我更倾向于做研究。”。

“开关”被打开便一发不可收拾。

此后，韩金池以本科生的身份参与了一些国内外的科研竞赛，并且屡屡获奖。其中，最让他难以忘怀的是，在大三暑假的时候，他在美国参加了全球电力系统中，处于顶级水平的会议IEEE PES GM（电气电子工程师学会电力与能源协会学术年会）。

这场盛会特意为学生开办了学术墙报竞赛，韩金池携其科研成果，与来自世界各地的190名本科生和研究生一同参与竞赛。韩金池所做的关于无线充电的展示，得到了评委专家的认同，最终凭借第2名的出色成绩荣获Best Award，成为首个获取该奖项的亚洲学生。

开始的时候，我是以怀着‘见世面’这样的一种态度前往的，同时也期望凭借这个契机能够更多地跟专家进行交流。最终能够获得奖项，这对于我的激励是非常大的，而且整个从事研究的过程也致使我感觉到拥有十足的满足感。自那之后，我打算投放更多的时间去开展科研工作。韩金池讲道。

取得本校保研资格后，他依旧留在原来的系里，专心致力于电气工程范畴的科研事项，导师给予了他充分的自主空间，使他能够挑选自己中意的研究方向。

之后，韩金池作出选择前往MIT继续攻读博士进行深造，并且在MIT持续开展博士后研究工作。鉴于对微纳电子以及微纳加工怀有喜爱之情，所以他做出前往钻研极具挑战性且具备创新性特征的归入微纳电子器件范畴的科研工作的决定。

韩金池十分享受当下的研究氛围，麻省理工学院的微纳电子专业极为出名，于此处能持续参与跨专业跨领域的研究，其对韩金池有着相当重要的意义，韩金池在博士以及博士后阶段的导师之一，也就是这篇论文的通讯作者朗教授在微机电领域颇具影响力，他向韩金池传授了诸多经验。

韩金池宣称，其往后依旧会像以往那样去开展科学研究。“期望能够创造出一些具备很高价值以及应用预期的成果 ，从而可以为改进人们的日常生活出一份力。”。

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