在迈向6G万物智联的时代，传统通信架构中的智能反射面，常被比喻为一面“只能被动反射信号的镜子”——功能单一、资源利用率低，难以满足未来网络高集成、低功耗的苛刻需求。如何让这面“镜子”变得智能、高效、多功能，成为无线通信领域的一道关键课题。
近日，西安电子科技大学李龙教授团队在这一领域取得重要突破，研究成果以《电磁多维融合辐射-散射可重构智能超表面》（Electromagnetic All-in-One Radiation-Scattering Reconfigurable Intelligent Metasurface）为题，发表于我国顶尖英文学术期刊《国家科学评论》。该研究提出并实现了一种“电磁多维融合幅散可重构智能超表面”，首次在统一硬件平台上实现了通信、感知、决策与无线供能的一体化融合，为6G网络与万物智联时代提供了全新的技术范式。
从“被动反射”到“主动智能”
让电磁波“按需设计”
可重构智能超表面被视为5G‑Advanced与6G通信的关键使能技术之一，其核心在于能够动态调控电磁波的传播特性。然而，现有技术大多只侧重于调控电磁波的单一状态（如反射或透射），缺乏对辐射与散射状态的协同控制，导致硬件资源利用不足、系统功能受限。
李龙教授团队长期聚焦于电磁超材料在无线通信与能量传输领域的交叉研究。“我们一直在探索，如何更智能地驾驭无形的电磁波，”李龙表示，“传统智能反射面功能单一，如同只能执行单一指令的旧式工具。”团队此前提出的“能信协同超材料”曾入选“中国超材料十大进展”，为高效协同传输能量与信息奠定了基础。
此次，他们迈出了更为关键的一步：提出了“电磁多维融合幅散可重构智能超表面”。该成果构建了一套“简并集成的辐射‑散射一体化”调控理论与统一物理平台，可同时覆盖电磁波的相位、极化、幅度、波形、频率与时间等多维特性。“简单说，就是让超表面不仅能‘反射’或‘透射’波，还能自主决定何时‘发射’波、何时‘接收’波，并对波的所有特性进行‘按需设计’。”论文第一作者、博士生穆亚洁解释道。
电磁多维融合幅散可重构智能超表面示意图
通信‑感知‑决策‑供能
一个平台，多重使命
这项技术的革命性，不仅在于调控维度的拓展，更在于其系统架构的深度融合。研究团队建立了无线能量与信息的“通信‑感知‑决策‑供能”一体化调控机制，将以往需要多个独立模块完成的功能，无缝集成于同一套超表面硬件之中。
其工作流程充满智慧：在辐射模式下，超表面主动发射信号与网络交互；在接收模式下，它又能感知外部电磁环境变化，判断目标位置，自适应做出决策，并向目标进行无线信息和能量传输。与此同时，它还能收集环境中的无线能量，经整流后为其他设备充电，甚至为自身供电，实现自供给的闭环。
“这相当于给基站或终端装上了一双‘智能眼睛’和一个‘无线充电宝’，”李龙形容道，“它看得见、懂得判断、能通信、还能送能量，而所有这些都依靠同一套硬件完成，无需额外配置传感器，极大地降低了系统复杂度和功耗。”
电磁多维融合幅散可重构智能超表面：(a）阵列原型，(b）辐射模式初始相位，(c)30°波束扫描编码，辐射模式下(d)E面和(e)H面波束扫描特性，(f)16QAM传输星座图，(g）接收模式无线能量收集
无人机“边飞边充”
从原理验证到未来场景
为了展示该技术的应用潜力，团队构建了一套“无人机边飞边充”系统原型。实验表明，系统能够精准锁定空中移动的无人机，并对其进行高效的无线能量补给，从根本上突破了无人机续航不足的瓶颈。
“这从原理上验证了我们对移动目标进行高效无线能量补给的能力，”李龙手持原型样机介绍道，“它不仅是通信基站，也是感知节点、决策中枢和无线充电站。”这项演示为未来智能无人机持久巡航、物联网节点无电池运行、移动终端永远在线等场景，开辟了充满想象力的技术路径。
可重构智能超表面散射模式特性：(a）散射模式初始相位，(b)30°散射波束扫描编码，(c)E和(d)H面散射波束扫描特性，(e)L形走廊中的功率密度分布，(f)L形走廊盲区覆盖特性
写在祖国大地上的论文
面向智慧未来
该研究成果不仅是技术层面的突破，也展现了面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康的科研导向。团队表示，未来希望将此类技术应用于智慧城市建设中，“构建起一套无形的基础设施，让电磁环境本身变得智能、高效”。
“这正是践行‘把论文写在祖国大地上’的生动体现，”李龙说，“我们将继续探索，让科技成果服务于国家现代化建设的伟大事业。”
该研究得到了国家自然科学基金委信息超材料卓越研究群体项目、国家重点研发计划等项目的支持。随着6G研发进程的加速，这项融合通信、感知与能量的智能超表面技术，有望成为构建万物智联社会的一块关键基石。
