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在日常生活中，設計同時具備通風與吸音功能往往面臨兩難，通風材料（如隔柵）容易讓聲音穿透，而高效吸音材料（如海綿）則會阻礙空氣流通。香港大學（港大）工程學院機械工程系方絢萊教授領導的團隊，發現名為「對偶對稱性」（duality symmetry）的基礎物理原理，以科學突破解決上述矛盾，重新定義通風吸音材料的理論極限，為設計開拓全新可能。

此研究由港大與劍橋大學I. David Abrahams教授及業界夥伴Acoustic Metamaterials Group Ltd.合作完成，成果已刊於國際頂尖期刊《自然-通訊》 （Nature Communications）。

論文第一作者、港大機械工程系研究助理教授屈思超博士表示：「對我而言，最令人興奮的時刻，是在推導過程中發現『對偶對稱性 』——這個源自物理場論的對稱關係，竟然決定了一個通風系統的吸聲頻寬。物理對稱性和吸收頻寬原本是兩個互不相干的概念，我們通過數學推導揭示了它們之間的深層耦合機制。」

團隊設計出由兩個聯通聲學腔體組成的新型通風結構，在保持中央通風通道的同時，透過「相消干涉」機制將聲能困於結構內消散，實現高效降噪。實驗顯示，此超構材料在300赫茲至6000赫茲頻段內，平均吸音係數超過86%，性能遠超同厚度傳統泡沫。團隊更首創「綜合效能指標」（Figure of Merit, FOM），同步評估頻寬、厚度與通風效率，為系統設計建立新標準。

傳統聲學的「因果律約束」理論認為材料厚度與吸音頻寬存在物理極限，尤其在沒有背板的雙端口通風系統，學界長期缺乏共識。港大團隊的最新研究不僅突破既有理論框架，更建立以「對偶對稱性」為核心的設計範式，可應用於建築聲學、飛機引擎降噪及精密減振等領域；透過結合人工智能（AI）與多物理場模擬技術，此突破更有望推動工程應用，打造通風與靜音兼備的生活環境。

論文連結：https://doi.org/10.1038/s41467-025-65786-w
Generalized causality constraint based on duality symmetry reveals untapped potential of sound absorption. 《自然-通訊》，16, 10749.

關於方絢萊教授
方教授團隊的主要研究方向，是將波動物理學聚焦於亞波長尺度進行突破性研究。研究核心為新型波功能材料與器件的先進製造設計理論。同時，團隊亦積極探索相關技術在能源轉換、通訊系統及生物醫學成像等領域的應用。方教授的研究至今已成功申請逾16項專利技術，涵蓋納米與微米級製造工藝、增材製造及成像技術等領域，並實現多項技術轉移至業界知名企業（如歐司朗、巴斯夫、日產汽車）及新創科技公司。

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