Stranger Things 的粉丝们会熟悉这个场景：11，一个拥有心灵感应能力的女孩，专注地盯着可乐罐。没有身体接触罐子，她只用她的思想将它完全压碎。
用心灵改变物体长期以来一直是科幻小说中的一个比喻。现在，由于超表面，两项研究表明这是可能的。
超材料是具有奇异光学特性的人造复合材料。它们通常串联排列，可以与电磁波（包括光）以天然材料无法实现的方式相互作用。这给了他们一种超能力：他们可以很容易地调整自己的属性（例如，以不同的方式弯曲光线），而不是依赖于它们所用材料的属性。
为什么关心？我们的大脑在处理信息时会产生电磁波。根据大脑的状态——例如，如果它是“放松”还是“集中”——不同频率的脑电波会接管。那么为什么不使用大脑作为触发超材料变化的来源呢？
在eLight上发表的第一项研究中，该团队使用了一个脑电波提取模块，该模块允许志愿者仅用他们的思想来控制超表面——一种 2D 版本的超材料。整个系统是无线的并且依赖于蓝牙。当志愿者放松或集中注意力时，他们提取了她的脑电波，并通过控制器改变了连接的超表面散射光的方式。当然，它不像弯曲可乐罐那样戏剧化——而是用大脑控制物理材料的未来主义示范。
第二项研究使这个想法更进一步。不同的超表面可以根据电磁特性相互“交谈”。在这里，该团队将两个人连接到他们的超表面以用他们的思想发短信。一名志愿者是发送者，另一名是接收者。通过集中注意力，发射器的脑电波改变了超表面的特性以编码不同的二进制信息。解码后，接收者无需抬起一根手指即可获得文本。
目前，未来科技仍处于起步阶段。但科学家们认为，他们有朝一日能够将超材料用于多种用途：例如，监控驾驶员的注意力状态，或将它们整合到非侵入性脑机接口中。
“结合机器学习等智能算法，所呈现的两项工作可能会进一步开辟先进的生物智能超表面系统的新方向，”中国科学院光电研究所罗先刚博士说。没有参与任何一项研究。
超表面的怪异
超表面就像一场狂热的梦。通常我们希望我们的材料表现一致：玻璃瓶在压力下破碎；木材裂缝；棉花很软。超材料改变了这种范式。通常由多种材料组成——压电材料是最受欢迎的——它们在电磁场的作用下很容易改变其结构和光弯曲特性。
这导致了初步的隐形斗篷、动态伪装、超透镜和3D 打印的微型机器人，它们有朝一日可以在你的身体中漫游，在需要时智能地输送药物。
超表面是超材料的 2D 表亲。在这里，超材料中的重复结构编织成片状结构，保持了它们控制“几乎所有电磁波特性”的能力，中国空军工程大学的曲少波博士说，他领导了心灵传动试验。可编程超表面 (PM) 是一个进步，因为它们的功能可以通过外部影响以可预测的方式控制，以切换操作模式——就像浴室“智能”镜子一样，根据您的心情具有多种灯光设置。
通常，电磁波来自发电机。但是我们的大脑会因这些波的不同频率而爆发，这些波共同代表了大区域的电信号。例如，Beta 波每秒大约循环 15 到 40 次，并且与活跃的大脑相关联。相比之下，Theta 波与白日梦相关——一种精神放松。科学家们发现，可以通过神经反馈控制你的脑电波并主动将它们从一种状态转移到另一种状态。
脑电波可以很容易地被嵌入式电极帽接收。这让团队想知道：我们可以使用这些信号来控制超表面吗？
在一项研究中，Qu 提出了一种使用脑电波提取模块的简单设计。它由三部分组成：传感器、控制器和执行器。传感器通过放置在头皮上的电极收集脑电波。在这里，该团队使用了市售模块ThinkGear AM ，这是一种在 DIY EEG 脑电波黑客社区中很受欢迎的廉价芯片。
然后记录的数据通过蓝牙传输到控制器。控制器也由低成本组件制成，以 Arduino 为核心。脑电波信号被转换成注意力的量度，并输入致动器。根据人的注意力水平，执行器将数据分为四组并输出不同的电压。
“四个阈值间隔分别对应于分心、中性、集中和极度集中的注意力强度，”该团队解释说。
高电压或低电压对应于 1 或 0 编码序列。然后这些序列映射到超表面的不同材料属性，进而控制它如何散射光。
最终结果？在概念验证中，一名志愿者坐在一个消声室——一个设计用来阻挡周围声音或电磁波的房间。她头上戴着干电极，闭上眼睛，在不同的专注状态中循环。通过测量超表面的光散射特性，研究小组发现她的注意力强度与材料特性之间存在很强的对应关系。
该研究并未表明可以用您的思想物理移动材料。但它确实表明，仅凭思想就可以远程控制材料。目前，该技术主要是一种很酷的证据证明，它为用于健康监测或智能传感器的精神控制材料铺平了道路。一个主要障碍是如何处理外部电磁噪声，它可能会遮挡神经控制信号。
脑对脑交流
心灵感应已经让我大吃一惊。但是心灵感应呢？
一项单独的研究将超表面用作某种电话，以帮助两个人发送简单的消息，而无需动动手指。
直接的脑对脑交流并不新鲜。 以前使用非侵入性设置的研究让参与者用他们的脑电波回答 20 个问题。 另一项研究为三名志愿者建立了一个大脑网络，允许他们单独使用脑电波来玩类似俄罗斯方块的游戏。这些思维融合的渠道依赖于电缆和互联网。一项新研究询问超表面是否可以做到这一点。
该研究由中国东南大学电磁空间研究所的崔铁军博士领导，将著名的脑电波信号P300与超表面的特性联系起来。他们的装置，电磁脑机超表面（EBCM），使用脑电波来控制一种特定类型的超表面——信息超表面，它可以像电子电路板一样对 0 和 1 进行编码。
该实验有两个志愿者：一个发射器和一个接收器。发射器用 EEG 监测他的脑电波，特别关注 P300 信号。然后将信号解码为二进制代码，然后用于控制发射器的超表面特性。然后，这些更改以无线方式更改了接收器的超表面，然后将其解码并转换回文本信息供接收器读取。
该设置成功传输了四个文本序列：“hello world”、“Hi, Sue”、“Hi, Scut”和“BCI metasurface”。该团队表示，这是一个缓慢的过程，平均每个字符大约需要 5 秒，但可以通过一些“快速拼写范例”来改进。
我们离心灵感应和心灵感应还很远。但那些超级大国可能并不像曾经想象的那么牵强。目前，团队渴望采用他们的设置来改善健康。
“我们的工作可能会进一步开辟探索超表面、人脑智能和人工智能深度融合的新方向，从而构建新一代生物智能超表面系统，”崔说。
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