阿尔托大学与斯坦福大学的研究人员合作开发了一款名为「超晶体（metacrystal）」的无源信号管理器件，采用3D打印塑料制成，旨在解决第六代（6G）无线网络面临的核心覆盖问题：高频信号容易被墙壁、人体和其他物理屏障阻挡。

这些面板能够在不依赖电力、有源调谐或控制电路的情况下，将无线电波绕过物理障碍物进行重定向。与依赖于可调电子元件和复杂控制电路的传统可重构智能表面（RIS）不同，超晶体面板是单件式塑料结构。每块面板的耗材成本仅为数十欧元（约合15美元），增材制造工艺允许每个单元根据特定环境进行配置，而非作为通用设备生产。

「当一个房间太暗时，你可以增加更多灯具，或者使用简单的镜子来引导已有的光线。这些超晶体所做的就是类似的事情，但针对的是无线电波，」阿尔托大学的博士研究员Mohammad Mahdi Asgari解释道。「与先前提出的单层智能表面不同，这种立体超晶体可以设计为独立控制多个入射信号或频段——这是实现真实无线通信的关键要求。」

该设备被称为亚晶格（metacrystal），是一个由图案化PLA塑料和气隙构成的块体，设计用于安装在墙壁或天花板上。它无需电源、无需可调组件，也无需控制电子器件。这种架构不同于传统的智能反射表面，后者通常是平坦的单层结构，针对单一场景、单一频段、单一极化、单一到达角进行优化。要在真实环境中覆盖多个不同频段的发射器，通常需要多个独立面板，或者使用有源电子器件在配置间切换。超晶体用物理深度换取了平面形态，这种厚度扩展了设计时可用的结构参数数量，使得单一几何形状能够对多个入射信号编码独立的响应。

一种基于伴随的拓扑优化算法接受一组目标行为（将这一信号路由到这里，吸收那一个，将另一个反射到不同角度），并一次性生成满足所有条件的内部几何形状。结果是一个塑料和空气的二元图案，可直接用于标准FDM打印机。

论文展示了三个演示样机。第一个样机在三个紧密间隔的频率（99、100和102.53 GHz）、两种极化和两个到达角上同时处理了六种功能，同时在透射和反射模式下工作。在无损材料假设下，六个场景的仿真平均效率接近99.99%，但该数据适用于理想化仿真，而非制造出的硬件。作为对比，同等性能的单层超表面设计在相同六种功能上的平均效率不超过2.28%。

第二个演示样机针对以0°、20°和45°到达的两种极化信号实现了六种独立的反射变换，仿真平均效率达到95.62%，且大多数情况下进入非目标通道的串扰保持在5%以下。

第三个演示样机是实际制造并测量的。它处理了四种功能，对正入射信号进行极化不敏感的异常反射，指向72°的输出角，以及针对以20°到达的信号实现近乎完全的吸收。TE和TM极化的仿真吸收率分别达到90.47%和96.34%；实测异常反射效率为70.2%和66.3%，低于仿真的84%和78%，研究人员将此归因于制造公差和原型的小孔径，原型仅包含八个晶胞。一个由四个打印部分拼装而成、尺寸为20.16×25.20厘米的更大拼接版本，在非视距场景下实现了20–24 dB的信号改善以及8.2 Gbps（TE）和14.3 Gbps（TM）的信道容量增益，信道容量比无面板的同一环境提升了高达139%。通信链路测试中所用面板的耗材成本约为15美元。实验样品的打印时间为34小时，使用更大喷嘴可缩短至约25小时，但会牺牲一些分辨率。

带宽是最明显的限制。制造出的演示样机在异常反射方面实现了约2%的工作带宽，这部分是设计选择的结果，第三个演示样机是为单一频率优化的。第一个演示样机表明，在优化过程中针对多个紧密间隔的频率时，可将TE极化的带宽推至11%，TM极化推至2.54%，但跨越两种极化的系统性带宽工程仍未解决。同时功能的数量也受到面板厚度和拓扑分辨率的限制。更多功能需要更厚的结构，而优化器的计算能力为复杂性设定了实际上限。实际性能始终低于仿真值，实测异常反射效率比仿真值低约10个百分点，这归因于3D打印公差和有限孔径效应，两者都可通过更大面板改善，但原型仅测试了八个晶胞。将该技术扩展到亚太赫兹频段需要超越消费级FDM打印机的制造精度，且当发射器或接收器位置发生显著移动时，该无源架构无法适应。

可重构智能表面是6G超表面研究的主流方法，它需要可调元件、偏置电子器件和控制电路，这使得大面积部署对大多数建筑物而言成本过高。该团队的选择更简单，在工厂、办公室和交通枢纽中，发射器和接收器不会移动。一块能同时处理多个信号、材料成本15美元、打印时间低于25小时的静态面板，其经济性不言而喻。阿尔托团队目前正在探索商业化途径，并寻求与从事可编程超表面、无线基础设施和无源信号控制技术的工业合作伙伴建立联系。下一开发阶段涉及从静态面板转向可重构版本，使其能够随着无线环境的变化进行适应。

「对工业界而言，最具吸引力的应用案例是静态或缓慢变化的环境，例如工厂、室内5G/6G网络、仓库和长走廊，」Asgari表示。「在这些场所中，针对已知布局设计的无源面板，可能比需要连续维护的有源控制表面便宜得多，也简单得多。」他补充说，复杂的电磁功能现在可以实现为低成本、单件式塑料结构，准备好后即可安装在墙上，安装完成后仅依靠几何结构本身即可发挥作用。「我们希望未来能看到这些可扩展的智能无线环境在室内空间和室外城市环境（如建筑墙面或其他建筑表面）中得到实际应用。」

这一逻辑已有先例。2023年，谢菲尔德大学的研究人员开发了用于5G和6G应用的3D打印毫米波天线，展示了与传统制造天线相当的射频性能，而成本和生产时间仅为其一小部分。更近期，2025年6月，加州大学伯克利分校、加州大学洛杉矶分校和劳伦斯伯克利国家实验室的合作团队发表了一项关于工作于19 GHz（属于6G相关频段）的超轻3D打印天线的研究，采用电荷编程沉积方法将天线重量削减了94%。这两项研究都没有解决斯坦福-阿尔托大学合作团队正在攻克的无源信号路由和多功能问题，但都证明了3D打印是制造高频电磁结构的可信路径，这正是超晶体工作在更高复杂度上所基于的同一前提。

该研究成果已发表在《自然·通讯》上（2026年6月8日）。研究团队包括芬兰阿尔托大学电子与纳米工程系的Mohammad M. Asgari、Shuai S. A. Yuan和Viktar Asadchy，以及斯坦福大学金兹顿实验室的Peter B. Catrysse、Haiwen Wang和Shanhui Fan。