拓扑涡旋模式

对扰动超稳健

一种在柱板上实现的零阶拓扑涡旋模式，实验验证了其对随机扰动的强鲁棒性和质量敏感线性响应。

Wen, Zhihui · Martínez, Julio Andrés Iglesias · 金亚斌 · Yan, Li · Djafari-Rouhani, Bahram · Torrent, Daniel · Raynaud, J. L. · Khelif, Abdelkrim

Materials and Design 2023

技术优势

对随机扰动不敏感

实验证明即使核心处柱体共振频率被随机扰动，涡旋模式的振动峰和模式分布依然保持，因此制造误差不会破坏性能。

频率对质量近乎线性敏感

在涡旋核心添加小质量时，模式频率随质量和位置几乎线性变化，无需复杂标定即可反推出质量大小。

实验直接观测到涡旋模式

相位缠绕和振幅图在实验中直接测到，证明设计真实存在，不是纯理论预测。

应用场景

• 质量传感器：利用涡旋模式频率对核心质量的线性响应，直接测微小质量。
• 生物传感：质量敏感特性可替代悬臂梁式传感器，检测生物分子结合。
• 能量收集：局域化的涡旋模式可集中振动能量，为微型器件供能。
• 结构健康监测：远程激励柱板中的涡旋模式，通过频率偏移监测结构损伤。
• 片上通信：拓扑保护的模式可用于片上信号传输，抗散射损耗。