红外相机能够捕捉人眼无法识别的有效信息，例如管道泄漏的气体、大气中的化学物质，或是建筑物外泄的热量。但想要以精密方式感知红外光，仍需昂贵且体积庞大的成套设备。

如今，美国麻省理工学院研究人员研发出一款基于芯片的光学器件，可动态调控入射红外光，充当可调谐透镜，为红外相机采集更多信息。该器件透镜的每一个微观像素均可独立控制红外光，无需活动部件，就能改变焦距，辅助相机识别不同信号。近日，相关研究发表于《自然—通讯》。

文章配图。     图源：麻省理工学院

研究人员同时介绍，他们主要采用半导体芯片代工厂的常规制造工艺，搭建了实验室级验证样机，说明该方案具备工业化量产落地的潜力。

依托这项技术，研究人员研可制造小型化、可调谐红外相机，用于动态范围更广的热成像、化学物质检测、污染监测，甚至全新类型的光计算设备。

“无论是深空观测，还是大气特定化合物监测这类环保场景，该器件都能为我们提供更多数据。” 论文第一作者、2025届博士Cosmin-Constantin Popescu解释道，“热成像是另一大应用场景，同时也可用于目前配备夜视镜的各类军事装备。绝大多数有机分子都会吸收中红外波段光线，我们可以借助这套系统完成对它们的检测。”

这项研究的核心创新在于一套交叉矩阵架构，为超表面像素级开关调控提供了可规模化实现的路径。该架构并非团队首创，显示屏领域早已应用，但这是业内首次将其用于有源相变超表面，实现像素级独立调控。学界长期致力于二维像素控光技术，本研究首次完成工程落地。

研究人员依托麻省理工纳米制造中心设备与半导体芯片代工厂开展加工，最终制成一套二维系统，包含6×6阵列超表面像素单元。团队对样机开展测试，证实其开关切换稳定可靠。

“我们发现这种网格架构耐用性极强。”Popescu说道，“这类材料不能仅切换一次就失效，需要完成数万次乃至更多次稳定切换。”

研究人员表示，将该系统部分设计融入现有半导体制造流程，能够推动产品走出实验室原型阶段。规模化量产需要适配标准化工艺流程，这也是芯片代工厂制造环节至关重要的原因，与具备成熟工艺管控能力的半导体代工厂合作优势显著，可将所有元器件整合至一套高效制程中同步加工。

目前研究团队正扩充像素阵列规模，开发稳定性更强的系统版本，使其能够采集更多红外信息。

研究团队表示，这项技术有望实现性能更优异的光计算，利用超表面对神经网络权重进行光学编码，光线穿过材料时会与超表面发生耦合，光信号携带编码信息，直接输出运算结果。已有研究人员借助该方案模拟复杂度极高的神经网络。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75346-5