來(lái)自東華大學(xué)、上海工程技術(shù)大學(xué)和申達(dá)科技的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，成功開(kāi)發(fā)出一款名為MRPAM-AP的聲學(xué)超材料包覆件。該方案通過(guò)人工智能進(jìn)化算法對(duì)內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)優(yōu)，在實(shí)測(cè)中可將電動(dòng)汽車(chē)電機(jī)產(chǎn)生的寬帶噪聲Zui高降低11.2分貝。

傳統(tǒng)汽車(chē)隔音包依賴(lài)質(zhì)量定律，即屏障質(zhì)量或頻率每翻倍一次，隔聲量?jī)H增加約6分貝。這導(dǎo)致阻擋低頻聲音需極大重量或極厚墻體，難以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力總成對(duì)重量的嚴(yán)苛限制。聲學(xué)超材料利用局部共振而非單純質(zhì)量來(lái)突破此限制，使輕薄面板能在遠(yuǎn)大于自身厚度的波長(zhǎng)下反射或吸收聲波。新設(shè)計(jì)的MRPAM-AP采用多頻共振耦合策略，在一塊熱塑性聚氨酯（TPU）板上布置A、B、C三種不同半徑、高度和特征長(zhǎng)度的諧振器。這些諧振器按旋轉(zhuǎn)圖案排列，使各自的共振帶重疊交互，形成寬頻衰減區(qū)，克服了單一共振超材料僅在調(diào)諧頻率處有效而鄰域頻段無(wú)效的缺陷。

針對(duì)超材料設(shè)計(jì)中眾多變量強(qiáng)非線(xiàn)性相互作用的挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)放棄了耗時(shí)的逐一數(shù)值搜索，轉(zhuǎn)而采用克里金代理模型結(jié)合遺傳算法的混合優(yōu)化策略?？死锝鹉Ｐ突谟邢迾颖緲?gòu)建統(tǒng)計(jì)插值，預(yù)測(cè)未測(cè)試參數(shù)組合的傳聲損失并量化不確定性；遺傳算法則模擬生物進(jìn)化過(guò)程對(duì)候選設(shè)計(jì)種群進(jìn)行選擇、交叉和變異。該策略大幅減少了全尺寸有限元仿真的調(diào)用次數(shù)，使復(fù)雜幾何參數(shù)的工程化調(diào)優(yōu)成為可能。

在材料與驗(yàn)證環(huán)節(jié)，TPU板因其可加工性、阻尼特性及適合注塑量產(chǎn)被選為結(jié)構(gòu)介質(zhì)，搭配孔隙率與流阻率經(jīng)過(guò)表征的聚氨酯泡沫作為吸聲層。完整組件包含方形蓋板與15毫米泡沫層，體積緊湊，可直接包裹電機(jī)殼體。研究團(tuán)隊(duì)首先建立多自由度動(dòng)力學(xué)矩陣模型計(jì)算頻譜傳聲損失，隨后制造物理原型并在受控環(huán)境下對(duì)運(yùn)行中的電機(jī)進(jìn)行麥克風(fēng)拾音測(cè)試。實(shí)測(cè)頻譜證實(shí)了優(yōu)化設(shè)計(jì)的預(yù)測(cè)，在目標(biāo)低頻段呈現(xiàn)顯著衰減，Zui大降幅達(dá)11.2分貝。同等低頻性能下，傳統(tǒng)方案需依賴(lài)厚重屏障層，而該超材料方案實(shí)現(xiàn)了顯著的輕量化。

此項(xiàng)研究標(biāo)志著聲學(xué)超材料正從實(shí)驗(yàn)室概念邁向工業(yè)部署階段。多頻耦合策略與系統(tǒng)化算法優(yōu)化彌補(bǔ)了以往窄帶特性的不足，所建立的“物理建模-代理優(yōu)化-實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”工作流可遷移至減速箱殼體、逆變器組件及座艙面板等其他低噪聲、重空間受限場(chǎng)景。未來(lái)仍需針對(duì)2000赫茲以上的高階電磁諧波與機(jī)械振動(dòng)路徑補(bǔ)充處理方案，并驗(yàn)證聚氨酯組件在汽車(chē)熱循環(huán)、振動(dòng)暴露及長(zhǎng)期老化下的耐久性。同時(shí)，超材料共振頻率對(duì)幾何偏差敏感，量產(chǎn)注塑需嚴(yán)格控制公差以維持調(diào)諧響應(yīng)。

資料來(lái)源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-19。本文為資料編譯。