相控阵超声技术通过多阵元精确控制相位延迟，实现波束在空气中动态聚焦，可用于振动特定气味分子，诱导人类嗅觉系统产生针对性感知。这种方法的核心在于超声波的机械振动效应：低强度聚焦超声（<1 MPa）能使空气中悬浮或目标区域的气味分子发生纳米级振动，改变其振动模式，从而模拟自然嗅觉信号，而无需物理化学发射器。这不仅避免了传统气味合成器的体积与污染问题，还支持实时感知混合，如将柠檬与咖啡分子振动叠加，创造新型 “虚拟气味”。
相控阵原理源于雷达技术移植到超声领域：多个压电换能器阵元（典型 16-64 个）以不同时序和幅度发射超声波，通过干涉形成毫米级焦点。“相控阵用于超声的刺激，其实原理上是一样的，就是有多个阵元，这个阵元发出的超声波的时序跟幅值前后有差异，让它形成了在颅内聚焦的一个焦点。” 类似脑机接口应用中，相控阵超声已证明能非侵入激活神经元，延伸到空气介质，振动气味分子（如麝香类）只需调整频率匹配分子振动谱（10-100 THz，但超声调制低频包络）。
证据显示，分子气味由振动模式决定而非纯结构：替换氢为重氢仅改变质量，即振动模式不同，气味即变。超声聚焦提供精确能量注入，避免扩散。writetobrain.com 提及的 “Ultrasound Olfactory Stimulation” 正是此方向起点，结合相控阵可实现空气中 “写脑” 式嗅觉诱导。实验验证：在 833 kHz、150V 峰峰值驱动 16 元线性阵列下，焦点压力 1.15 MPa，分辨率 1.6 mm，波束转向 ±60°，足以在 1-10 cm 空气路径振动分子簇。
落地参数与清单如下，确保安全高效：
硬件配置：
- 阵列类型：线性或曲面相控阵，元素数 N=32-64，元件尺寸 0.4-0.5 mm 间距（λ/2@1MHz）。
- 频率：0.5-1 MHz（空气衰减低，穿透好；避免 > 1MHz 加热）。
- 压电材料：PMN-PT 单晶，高带宽（>50%），支持脉冲驱动。
- 驱动电压：100-200 Vpp，占空比 < 1% 防加热。
- 几何优化：迭代 FoM = 功率效率 × 空间分辨率，目标焦点尺寸 1-2 mm，旁瓣 <-20 dB。
波束形成算法：
- 延迟计算：τ_i = (d_i /c) + (f * sinθ * x_i /c)，d_i 为焦点距，θ 转向角，x_i 元件位置，c=343 m/s 空气声速。
- 幅度加权：Hanning 窗减旁瓣，apodization 公式 A_i = 0.5 (1 - cos (2π i / N))。
- 动态聚焦：发射 / 接收双向，多个焦点深度扫描。
- 实现：FPGA 实时计算，采样率 > 10x 中心频，支持 FMC-TFM 全矩阵捕获后总聚焦，提升 SNR 35%。
分子振动匹配：
- 目标分子：挥发性有机物（VOCs，如乙醇、酯类），振动频率匹配超声包络（1-10 kHz 调制）。
- 能量阈值：0.1-1 MPa，振动幅度 10-100 pm，诱导嗅觉受体激活（类似鼻腔自然湍流）。
- 混合策略：多波束并行，焦点重叠区叠加 2-4 种分子振动，实现 “香水融合”。
监控与回滚：
- 安全阈值：温度升 < 0.1°C（IR 热像监控），压力上限 1.5 MPa。
- 性能指标：焦点强度 > 80% 理论，SNR>20 dB，感知测试（盲测气味识别率 > 70%）。
- 风险：空气湿度影响衰减（校准公式 α=0.1 f^2 RH），过载回滚至单元件模式。
- 测试清单：1) 水箱场模拟空气；2) 鼻模体外振动谱验证；3) 人体盲嗅实验（伦理合规）。
此方案体积 < 手掌大小，功耗 < 10W，支持 AR/VR 嗅觉增强。扩展到多阵列，可空间多点合成复杂气味场，如虚拟现实美食模拟。
资料来源：
- https://writetobrain.com/ (Ultrasound Olfactory Stimulation)
- 相控阵超声神经调制设计（IEEE TBioCAS, 2021）；脑机接口相控阵应用（硅谷 101 播客，2025）。
（正文约 1250 字）