来自西班牙IMDEA材料研究所与中国南京大学、华中科技大学的研究团队，共同开发了一种新型声学超材料，能够直接将复杂声波信号在水与空气之间进行传输。这一突破性进展发表在《Materials Horizons》期刊上，论文题为“用于跨介质全声通信的高维复用超材料”，为水下通信技术带来了革命性的改进，并开启了从海洋监测到医学成像等全新应用场景。
声波在水和空气中传播特性差异巨大，主要源于两者密度和声速的显著不同。这种声学阻抗的不匹配导致绝大多数声波在到达水气界面时会被反射，而非透射，从而严重阻碍了高效的声音通信。因此，现代系统通常依赖浮标或船只等中间设备，将水下声波信号转换为无线电信号后再通过空气传输。这种转换过程不仅成本高昂，而且速度慢，还容易受到电磁干扰的影响。
为克服这一局限，研究团队设计了一种高维复用（HDM）声学超材料，作为声波在水与空气之间传递的被动桥梁。与通常只能控制声波一两个特性的传统材料不同，这种新结构能够同时调制声波的振幅、相位、频率和轨道角动量（OAM）这四个关键维度。IMDEA材料研究所的Johan Christensen教授表示，该超材料能以被动、紧凑且高效的方式，实现对跨水气声波所有维度的调制。
这种高维特性使得超材料能够同时中继和解调空间光谱复用信号，显著提升了信道容量和频谱效率。在实验中，团队利用该超材料作为被动“超中继器”，成功实现了从水下源到多个空中接收器的复杂图像实时传输。该系统支持四个独立通信信道，误码率极低，远低于前向纠错极限，同时在水面波动和背景噪声下仍保持稳健。
由于该技术仅利用声波而无需转换为无线电信号，因此在安全性和可靠性方面具有潜在优势。Christensen教授指出，这项基于HDM超材料的技术为控制复杂跨介质系统中的声波开启了新范式。除了水下通信和海空作业外，其影响还深远地延伸至经颅超声成像以及未来万物互联时代的下一代通信系统。研究团队特别强调了与南京大学梁斌教授团队的卓越合作，正是该团队率先提出了这一研究构想。
对于中国通信与海洋工程行业而言，这一成果不仅验证了国内高校在基础材料科学领域的**实力，更提示我们：未来跨介质通信的突破将不再依赖复杂的机电转换设备，而是转向更智能、更集成的超材料设计，这为构建高带宽、低延迟的“水 - 空”一体化感知网络提供了关键的技术路径参考。