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編者按
黨的二十大報告第一次把教育、科技、人才三大戰略放在一起統籌部署、集中表達,意義深遠。報告指出,我們要堅持教育優先發展、科技自立自強、人才引領驅動,加快建設教育強國、科技強國、人才強國,堅持為黨育人、為國育才,全面提高人才自主培養質量,著力造就拔尖創新人才,聚天下英才而用之。今天,本版推出“科教興國 青春擔當”專題,聚焦科教領域8位青年工作者,講述他們心懷家國、潛心研究、勇攀高峰、敢為人先的故事,希望借此感召更多優秀年輕人加入中國式現代化建設的隊伍。
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劉穎:別樣的“非典型”科學家
中青報·中青網記者 葉雨婷
“29歲時,她成為北大最年輕的博導”,去年,一篇文章突然在網絡上刷了屏。劉穎這個名字,突然成了不少網友和媒體關注的對象。
2013年,29歲的她來到北大,在燕園建立了自己的實驗室,成為當時北大最年輕的博導。如今,她是北京大學未來技術學院副院長,是不少科學類頒獎典禮上的???。但在課堂與實驗室之外,她的身影還活躍在各個“舞臺”:學校合唱團里、長跑隊伍中、科普鏡頭前……
“我從小就夢想當一名科學家,擁有一個屬于自己的實驗室,可以探索自己好奇的科學問題。”劉穎告訴中青報·中青網記者。
劉穎從小就對自然表現出極大的好奇心。年幼的她喜歡觀察螞蟻搬家、分食,還愛讀《十萬個為什么》。在中學的實驗課上,她第一次嘗試從香蕉中提取DNA。神秘的基因,竟然通過幾個簡單的步驟就能夠獲得,這令劉穎驚奇而又興奮。從此,奇妙的自然在劉穎的心里埋下了一顆小小的種子,她逐漸認定自己對生命科學的熱愛。
后來,她在高考時填報了南京大學生物專業,并堅定地勾選了“不服從專業調劑”。
隨著研究的深入,她對生物這一領域的熱愛也愈發濃厚。但是,她的研究之路并不是一帆風順。劉穎不斷地修正假設和重新設計實驗,終于在博士二年級下半學期有了突破。這個研究突破發表在國際頂級期刊上。
“作為一名科研工作者,就要保持對研究的‘最純粹的好奇心’。”劉穎說。
劉穎的工作是研究細胞如何感知變化,并調整自己來適應環境。這一課題與一些常見的代謝疾病、衰老相關疾病和癌癥都密切相關,有非常重要的應用前景。
2019年,在北大工作近6年的劉穎憑借在生命科學領域的突出貢獻,成為“科學探索獎”的首屆獲獎者之一,這是國內金額最高的青年科技人才獎勵計劃。
在劉穎看來,這是對她科研方向選擇的一次肯定。“至少在選擇課題的時候,我可以真正地去專注于一些需要更長時間的探索,更具有原創性和開拓性的課題上。”
在科研之外,劉穎同樣熱衷于科普教育事業。
5年前,劉穎參與錄制了一系列小學生命科學課和生活中的實驗課。這系列視頻至今仍常常被播放,劉穎偶爾會收到家長來信,向她分享孩子的學習熱情,也會請教一些科學問題。這種被認可的感覺令她備受鼓舞。
在這之后,劉穎還為鄉村孩子帶來閱讀與科普課,她還參與了電視臺科普類節目的錄制,翻譯過外國科普書籍。
“做科普這個事情,就是你可能在自己都不知道的情況下,給孩子的心里埋下了一顆科學的種子,也許之后某一天它就會發芽,會開花,會結出果實?!眲⒎f說。
科研中的劉穎嚴謹較真兒,但在課余時間,她又像個親切的鄰家姐姐,喜歡和學生們聊天,偶爾聚餐吃飯。
不久前的開學季,劉穎每天都會和一名學生單獨吃一頓飯,借此機會和學生有更充分地溝通?!半m然我們就是在辦公室吃個盒飯,但這種安靜又輕松的方式,可以很好地了解學生的近況和思想,也可以了解到他們現階段對于科研和人生的困惑。我比他們年長一些,希望通過分享自己的經歷和感受,可以讓他們在人生道路上少走一些彎路。”
劉穎愛好很多,她認為興趣愛好對于自然科學專業的學生尤其重要,是對生活很好的調劑。
來到北大之后,劉穎參加了教職工合唱團。合唱團的排練令她十分快樂,“我喜歡唱歌,也喜歡認識其他專業的人,這是一舉兩得?!弊鳛楹铣獔F的一員,她時常參加學校的各項大型活動,一展歌喉。去年的畢業典禮上,劉穎穿著導師服為畢業生們演唱《燕園情》,以自己的方式贈予畢業生們臨別祝福。
不僅如此,看起來單薄的劉穎還是一位經驗頗豐的“馬拉松老將”,劉穎也經常將自己的科研道路、人生經歷與馬拉松聯系起來。
“跑馬拉松和做科研很像,都是一個長久的過程,認準了一個目標就堅持下去。其實是在和自己競賽,更重要的是突破自我、享受過程?!眲⒎f說。
去年,劉穎與一些科學家一起完成了為期兩天的沙漠戈壁徒步。在沙漠里行走,她想起《一代宗師》的經典臺詞:“見自己、見天地、見眾生”。
于劉穎而言,科研是“見自己”的過程。她在科研的路上找到了自己的人生興趣、目標;“見天地”是做科普和參加社會上的公益活動,因為她需要和這個世界打交道,然后理解人生;而教育則是“見眾生”,在理解了自己、感悟了人生之后,她將自己的所得所想傳授給下一代的學生。
學習了黨的二十大精神后,劉穎深受鼓舞。作為一名一線的科研工作者,她表示要“懷抱‘國之所需,吾之所向’的信念,不忘初心、牢記使命,勇闖科技創新的‘深水區’和‘無人區’ ?!?/p>
同樣,作為一名教育工作者,劉穎更加深刻認識到“人才是第一資源”,要搞好科技創新,就必須建設一支規模宏大、結構合理、素質優良的創新人才隊伍?!安┦亢笫俏覈粩鄩汛蟮目蒲刑蓐牣斨幸恢贻p而充滿希望的生力軍。我們要延續對博士后招收培養機制的探索與創新之路,為博士后創造更開放的學術環境和更優越的科研條件。通過完善人才戰略布局,聚天下英才,加快建設世界重要人才中心和創新高地?!?/p>
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趙延龍:推開科研道路上一扇陌生的門
中青報·中青網記者 張渺
趙延龍當初選擇數學是因為興趣,他始終覺得,做基礎科研、做創新性的工作,是“挺有意思的事情”。
他的研究興趣,包括集值系統辨識與控制、網絡通信、金融系統建模等。
作為中科院數學與系統科學研究院研究員、系統控制重點實驗室副主任,趙延龍在領域內具有重要影響的期刊和會議上發表學術論文80余篇,是國家杰出青年基金獲得者,曾任亞洲控制協會副主席,現任中國自動化學會副秘書長、中國自動化學會控制理論專委會副主任等;他還獲得過國家自然科學二等獎、中國自動化學會自然科學獎一等獎等科研獎勵,先后主持國家優秀青年基金、國家杰出青年基金、首批中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目。
趙延龍1980年出生,本科畢業于山東大學,博士畢業于中科院數學與系統科學研究院。求學時期,他就被周圍老師們做科研的精神狀態打動,深深覺得基礎研究“有趣”。博士畢業找工作時,他沒考慮其他的,只想著要繼續“做科研”。
對趙延龍來說,在數學的道路上一直走下去,就是他“向往的生活”。
集值系統研究旨在利用粗糙的集值信息達到精確的辨識和控制效果。隨著信息化、大數據和智能化的發展,集值系統大量涌現,對系統建模和控制產生了新的需求。與傳統的精確測量系統相比,集值系統具有可利用信息少和非線性強兩大特征,其辨識和控制具有本質困難,需要新的研究視角和理論方法。
趙延龍就是迎接這一挑戰的人,他最早接觸集值系統是在2003年。當時,研究這個方向的人還比較少,他的導師對他說,“做這個試試”。
趙延龍覺得這就跟推門一樣,他想看看,自己能不能推開這扇門,能不能找到一條可以前行的路。不知不覺中,他已經在這條路上走了將近20年。
“舉個簡化的例子,當我們需要統計學生的成績時,打分‘0分到100分’,對學生的學習情況了解相對會多一點,但如果打分只有‘優良中差’這種‘集值’信息,僅通過一次考試,很難從其中看出某個學生的具體學習狀況,因為數據信息量太少。但如果考很多次的話,10次全是優的學生,會比5次優5次良的學生學得好一些,這樣綜合起來就可以得到學生學習狀況的準確評估了?!壁w延龍對中青報·中青網記者解釋。
用趙延龍的話說,他的日常工作,就是去關心這個“學生”的真實學習狀況。
這個“學生成績”有時是醫學領域的大量醫學數據,需要用集值系統來建立復雜疾病模型;有時它是工程領域的大量工程數據,比如衛星觀測數據,需要用集值系統來融合這些數據,以優化定位;這個“學生成績”還可以是智能識別系統“眼睛看到的景色”,需要用集值系統來建立模型,在線智能識別目標的“真偽”。
“有時候受測量限制,測得不那么準,還不能實現跟蹤目標、控制目標。這些就是集值系統的辨識和控制的問題,信息量太少?!壁w延龍感慨,“集值系統的問題涉及控制論、概率論、圖論等數學工具,我們要在解決實際問題的過程中,把它給融合起來?!?/p>
事實上,他遇到的第一個瓶頸,甚至都不是具體的研究問題,而是“尋找哪些課題是可以做的”。
通信領域?醫療領域?航空領域?他一路嘗試,尋找集值系統辨識與控制可能的應用領域。在推開那扇門之后,他慢慢地“把這個方向打開”,一步一步,蹚出一條路來。
在這條路上走得越遠,他碰到的問題也越多、越難。
趙延龍解釋,集值系統有個特點是“不知道系統數據的精確值”,如輸出、狀態等等,只知道它是否屬于某個或某些集合。對比較精確的測量系統來說,集值系統可供利用的信息很少,原有的系統辨識和控制方法不再適用。集值數據和系統變量之間存在很強的非線性,系統的建模、辨識和控制必須放到非線性框架下討論。同時,強非線性會造成系統變量之間的隨機相關性,其研究缺乏必要的數學理論和分析工具。
這就造成了辨識和控制的本質困難,按照趙延龍的解釋,這“需要新的視角和方法”。
這些年來,趙延龍提出了經驗測度法、遞推投影估計、二尺度控制、隨機遞推控制等原創性方法,解決了集值系統的可辨識性、辨識與控制的最優性等基本科學問題。
相關的成果目前已成功應用到復雜疾病建模和雷達目標識別等實際問題中,構造了更有效的統計驗證方法,以及準確率更高的目標智能識別算法。他的工作得到了國際同行的肯定和好評,被公開評價為“擴展傳統的系統辨識理論”“重要發展”等。
最近,在學習了黨的二十大精神后,趙延龍深受鼓舞。作為一線科研工作者,他表示要不忘初心、牢記使命,堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力,不斷加強基礎研究和原始創新,致力于關鍵核心技術的突破。
趙延龍覺得最難熬的階段似乎已經過去了,這條路他走得磕磕絆絆,但現在終于逐漸順暢起來。他感慨,“得到大家的認同其實很不容易”。他回顧一路走來的艱辛,還是會感慨當初不被認同的痛苦。集值系統辨識與控制,是后來才慢慢被行業內專家認可的。
但他始終確信,這個方向“值得去做”。他在基礎科研冷板凳上坐著,單純又執拗:“如果當時放棄了換一個方向,其實這個方向可能也就沒了?!?/p>
幸好,那時候的他,壓根兒“沒有那么多想法”。
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楊勝利:致力煤炭由“黑”變“綠”
中青報·中青網記者 樊未晨
“如果我們頭頂亮起了十盞燈,其中至少有七盞是跟煤炭相關的?!敝袊V業大學(北京)能源與礦業學院副院長楊勝利教授說。
楊勝利短短的一句話把城市生活中越來越處在“隱居”狀態的煤炭拉到了人們的眼前。燃燒發電只是煤炭眾多功能中的一個,煤炭還是冶金、化工等行業的重要原料。煤炭是我國重要的基礎性能源,保障著經濟社會發展和民生用能需求。
前不久,在黨的二十大新聞中心舉辦的第一場記者招待會上,國家能源局黨組成員、副局長任京東介紹能源安全是關系國家經濟社會發展的全局性、戰略性問題,作為能源生產和消費大國,確保能源安全始終是做好能源工作的首要任務,其中非常重要的一點就是要充分發揮煤炭的壓艙石作用和煤電的基礎性調節性作用。
十余年來,隨著環境保護對能源產業的要求越來越嚴格,我國煤炭行業也在經歷著巨大的挑戰,加快煤炭清潔高效利用,加速實現煤炭由“黑”變“綠”成為人類社會發展的重要挑戰之一。
“我們團隊所做的科研工作一直是圍繞國家能源重大需求,服務國民經濟發展的。針對優質煤炭資源逐漸減少,開采難度劇增等現狀,主要聚焦‘急傾斜’‘三軟’‘薄基巖’等復雜難采煤層綠色開采方面的科研與教學工作?!睏顒倮f。剛剛跨到“不惑”年紀的楊勝利言談話語中總透露著一份謙遜,不過,這位表面看起來文質彬彬的80后做起科研來卻有那么一股韌勁。
據了解,楊勝利和他所在的團隊,針對急傾斜煤層開采設備穩定性差、圍巖控制困難等難題,研發了專用液壓支架和設備防倒防滑成套技術;針對厚煤層綜放開采回收率提高困難,開發了精細化放煤工藝、智能放煤實驗平臺、智能放煤圖像采集系統等;針對軟煤層片幫冒頂嚴重工作面,創新了煤壁片幫柔性加固新技術。這些研究成果推動了復雜煤層綠色智能開采,經過在全國10余個礦區推廣應用,取得了顯著的經濟和社會效益。
楊勝利獲得了兩項國家科技進步二等獎,10余項省部級獎勵。同時,他還擔任厚煤層綠色智能開采教育工程研究中心主任等職務,但在他看來,這些所謂的榮譽和成績背后更多的是責任和擔當。
“想要在科研上有所突破,需要深入生產一線發現問題、解決問題?!睏顒倮f,焦作、大同、神東、新疆等大型煤炭基地都留下他實踐的足跡。為了獲得第一手實測數據,有時候他會背著幾十斤的測試設備在井下連續工作十幾個小時,等回到地面也幾乎用完了所有力氣;有時候為了獲取地表巖層運動數據,楊勝利會到近零下20攝氏度的礦區進行地表巖層運動的觀測,手、腳和臉凍到沒有知覺。
楊勝利還把在科研上的“狠勁”帶到了教學上。作為能源與礦業學院采礦工程專業的教授、博士生導師,楊勝利還一直堅持給本科生上課。為了兼顧科研和教學,他有時候會搭乘最早的早班飛機到煤礦現場下井、開會討論方案,再乘坐最晚一班航班趕回學校,為的就是不耽誤第二天一早的教學任務。據了解,在十多年從教時間里,楊勝利幾乎很少調課。
近些年,對于大學生的課堂表現,社會上常出現這樣描述:低著頭顱按手機,塞著耳機打瞌睡,人去椅空不得見,千呼萬喚始不動……這說的是大學生們“人在、心不在”的一種課堂狀況,這種現象也讓很多人看在眼中急在心里。
對于這種現象,楊勝利認為不能一味地批評學生,“現在學生獲取信息渠道很多,如果只是單純的簡單灌輸知識,效果可能是不盡人意的,因此,教師首先應該在自己身上找原因。”楊勝利說。
楊勝利介紹,他現在主講的采礦工程專業核心課《礦山壓力與巖層控制》就是一門基礎性強,公式多,難理解但又同時是非常重要的課程。他在繼承了導師的板書授課方式基礎上,又將大量工程實踐案例引入課堂,形成了自己的授課風格。現在,“這門課除了一些拓展性的內容會使用一兩次PPT外,其他內容我都堅持寫板書,有時候一次課要擦幾次黑板,學生整體反響都很好,他們很喜歡這種推導、演算的教學過程?!睏顒倮f。
有人說,老師上課的質量與學生手機的流量之間存在著某種關系。當老師的課講得精彩時,學生低頭看手機的時間一定會減少。在楊勝利的課上,低頭的學生少,認真聽講認真記筆記的學生很多。據了解,楊勝利主講的《礦山壓力與巖層控制》入選了北京市優質本科生課程,他也獲得了霍英東教育基金會教育教學獎。
黨的二十大報告中提到,深入推進能源革命,加強煤炭清潔高效利用。這令身為采礦人的楊勝利感到很振奮。他表示,要把思想和行動統一到黨的二十大精神上來,統一到黨的二十大作出的戰略部署上來。接下來他將與團隊一起緊扣新時代對能源工作的新要求,致力于厚煤層綠色智能開采的科研攻關與教學工作,促進煤炭清潔高效利用,在煤炭由“黑”變“綠”轉型之路上繼續踐行初心使命。
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殷盼超:將夢想轉化為明確人生目標
中青報·中青網記者 林潔
“科研無國界,但科學家有祖國?!痹趯嶒炇依?,華南理工大學廣州國際校區前沿軟物質學院教授殷盼超拿起一張看上去像塑料的“圓片”,這是他所帶領的科研團隊正在研究的質子交換膜。據透露,其科研團隊在研究利用散射方法表征軟物質方面,已經達到與世界齊平的狀態。
“作為高校教師,我們承擔了教育和科研的雙重使命?!币笈纬硎?,他對黨的二十大報告中關于“實施科教興國戰略,強化現代化建設人才支撐”這句話的感觸尤為深刻。其實,殷盼超也一直在踐行。
在別人眼中,年僅35歲的殷盼超,其人生“一路開掛”——22歲從清華大學畢業后赴海外留學,先后在世界一流大學、國際頂級科研院所學習和工作8年多。30歲這年舉家回國后入職華南理工大學,取得教授職稱。
2017年,殷盼超入選福布斯中國醫療、健康和科技組30位30歲以下精英榜;同年,他加入華南理工大學。至今,他及他的團隊已發表SCI論文70篇,其中以通訊作者身份發表50余篇。
回憶起選擇去海外留學的初衷,殷盼超坦言,源于本科課本的一個難點。課本在聚合物溶液等無定形結構上的設計非常少,這也代表當時國內在這方面的研究是非常欠缺的。于是,他在海外尋找到了相關領域的研究,系統地學習了光、X光和中子散射原理和實驗方法,出色地完成了博士學位和博士后的研究。
后來,由于自己的專業背景,殷盼超加入了世界頂級科研院所。工作兩年半時間后,他毅然放棄高薪選擇回國。他說,那邊的資源和儀器裝置都是世界頂級的,但最重要的是,他已經完成了自己內心的修煉和理論的成長。
提及海外學習和工作的經歷,殷盼超覺得:“這是我自身成長的過程,也是一個讓我有機會報效祖國的過程。人要有點追求,為自己的夢想、為社會做點事情!”于是,殷盼超立即提交了入黨申請書,并于2020年12月光榮地加入中國共產黨。
回國后,殷盼超發現多位當年一起在海外工作的朋友也都回到了祖國,分別加入了清華大學、中科院物理所、南方科技大學、北京師范大學等高校和研究機構。他認為,“生逢偉大的時代是人生之幸?!痹邳h的領導下,國家制定了完善的海外人才培養計劃,將眾多海外優秀學子吸引到祖國的懷抱,為他們的發展開辟了新領域新賽道。而由教育部、廣東省、廣州市和華南理工大學四方共建的華南理工大學廣州國際校區,就是吸引和培養海歸科技工作者的一個非常好的平臺。
目前,殷盼超承擔著學?!耙恍H齾^”的多門本科生課程。在沒有案例可借鑒、沒有任何課本的情況下,他在國內率先開辟了《散射方法概論》這門課程,為大科學裝置的建設系統地培養人才、輸送緊缺的人才。因此,他也獲得了“教師榮譽體系”教學優秀獎。
黨的二十大報告強調,“以國家戰略需求為導向,集聚力量進行原創性引領性科技攻關?!币笈纬f,作為科技工作者,他一直以此目標來激勵自己。
殷盼超所帶領的科研團隊自2017年組建以來,充分發揮本身在大科學裝置材料表征上的優勢,結合國民經濟發展在新能源和特種力學材料的需求,形成了系統性的新材料設計理念,指導相關材料的設計和加工。
據透露,其設計并合成的納米復合材料應用于質子交換膜、氣體分離膜、抗沖擊材料等產品,服務新能源行業、汽車工業等多個領域的發展。殷盼超介紹,實現氫燃料電池的研發及應用,質子交換膜是攻關重點之一,這也是他和他的團隊目前的研究方向。
“我們做的科研就是要切實解決當下面臨的問題?!币笈纬硎?,如果能成功找到更廉價、更高效的替代品,那么降低的成本對于這個產業的推動力是非常強大的。如果自己做的事真正推動了產業發展,對國家和社會有用,那比登上福布斯青年精英榜更有意義。
殷盼超從小就把科研當成一種樂趣。他認為,“我比較幸運的是,這種愛好成為我的事業?!逼鋵嵑芏嗳瞬恢?,在高中之前,殷盼超的學習成績并不好。如何“逆襲”?殷盼超表示,父親是一名化學老師,這讓他在小時候便發現了化學的神奇之處,萌生了和很多人一樣的夢想——做個科學家,因為科學家每天都能面對未知的東西,并且不斷去解決問題。
上了高中之后,殷盼超將興趣和夢想轉化為明確的人生目標,并將其根據關鍵節點進行細化,逐個擊破。功夫不負有心人,殷盼超如愿考上清華大學。但是,他并沒放松,熬夜學習、通宵實驗、多科同修成了他的學習常態,通過付出比別人更多的努力,一步步靠近并實現自己的夢想。
殷盼超經常提醒自己,“一個人能力越大,責任就越大?!泵鎸Π倌晡从兄笞兙郑粌H要作歷史的見證者,更要成為歷史的創造者;堅守在教育和科研前線,把論文寫在祖國大地上。
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王二濤:推翻“糖理論” 改寫教科書
中青報·中青網記者 王燁捷
2017年6月8日是中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員王二濤及其團隊的“高光時刻”。這一天,研究團隊在《科學》雜志發表論文,首次揭示了在叢枝菌根真菌與植物的共生過程中,脂肪酸是植物傳遞給叢枝菌根真菌的主要碳源營養形式。該研究推翻了百年來教科書中的“糖理論”。
所謂“糖理論”,即科學家認為,糖是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源營養。菌根是自然界中普遍存在的一種共生現象,它是由土壤中的真菌與植物根系形成的一種共生體。自然界中,80%到90%的植物都有菌根共生現象。1885年,這種共生體被首次發現并命名為“菌根”。植物可通過與菌根真菌共生,從土壤中獲得更多磷、氮等營養,同時把20%左右的光合作用產物傳遞給菌根真菌,供其生長。
長期以來,科學家雖然沒有找到在菌根共生中具有重要作用的糖轉運蛋白,卻堅持認為糖是植物為菌根真菌提供的主要碳源營養。
但王二濤覺得“不對勁”。2008年,這個年輕人從中科院植物生理生態研究所獲得博士學位,2010年,他又到世界頂尖的植物和微生物科學研究中心——英國約翰英納斯中心做博士后。通過對植物-微生物共生領域多年的研究,他發現有些問題根本無法用已有的“糖”理論進行解釋。
“我當時在做脂肪酸合成通路基因的相關實驗,就在琢磨,會不會脂肪酸可以作為營養被菌根真菌吸收。”2010年到2013年在英留學期間,王二濤參加過不少學術會議,多次與學界人士交流這一想法,但大多數人都對此“不太相信”。
2013年,在拒絕了海外高校、研究所的邀約后,王二濤回到中科院分子植物科學卓越創新中心(原中科院植物生理生態研究所),埋頭做了長達4年的實驗,最終在2017年通過《科學》發文,證明了“脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式”。
“文章發表后,還有很多研究者不相信這個論斷,但后來越來越多實驗室的研究,證實了我們的實驗結果,現在已成為學界的共識。”王二濤說。
近幾年,王二濤團隊在植物根瘤共生和菌根共生領域接連有新的發現,受到業界關注:2017年《科學》雜志發文,推翻“糖是植物為叢枝菌根真菌提供的主要碳源營養”的“學界公認”;2020年《自然》雜志發文,解答了100多年來關于“為什么豆科植物與根瘤菌能夠結瘤固氮”的問題;2021年《細胞》雜志發文,揭示了過去50多年未解的謎團:植物菌根共生“自我調控”的分子機制。
這3項研究成果均達到了“可以寫入教科書級”的水準。王二濤還獲得首批中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目支持,獲得2018年“中國青年科技獎”、2019年“CSPB杰出青年科學家獎”、2020年“科學探索獎”、2021年“談家楨生命科學創新獎”等獎項。
王二濤告訴記者,種種光環的背后,是日復一日的枯燥實驗和中科院分子植物科學卓越創新中心鼓勵青年科學家創新的生動體現。
“我從小在農村長大,喜歡研究植物。我也喜歡動物,但害怕解剖動物,所以果斷選擇了植物生物專業?!蓖醵f,自己對植物生物專業的喜愛以及長期埋頭實驗的定力,均來自一個強大的后盾——中科院分子植物科學卓越創新中心,“我們做基礎科研的人,比較純粹,就是喜歡這個行業,但也不一定能出成果。”
2013年,王二濤果斷回到中科院分子植物科學卓越創新中心的一個重要原因是,這里能給青年科學家提供一個良好的創新空間?!霸谥行墓ぷ鞯念^5年,中心允許你一篇論文也寫不出來”。正如中科院分子植物科學卓越創新中心主任韓斌院士所說,這段成長期主要看研究組的工作狀態是否“蓬勃向上”,5年后所里會進行一次國際同行評估。寬松的科研環境是自由探索創新的沃土。
“我們做一個植物實驗,至少需要觀察一個生長周期,植物長得慢,一個周期一個月、甚至幾個月。不可能很快出成果?!蓖醵嬖V記者,做創新研究就需要不斷試錯。
以該團隊在2020年發表的《自然》文章為例,這項研究從2013年開題至2020年發文,歷時7年,回答了“為什么豆科植物能結瘤固氮”這一百年難題。
王二濤說,“創新過程中的很多實驗,需要多學科交叉,比如讓植物產生一類新的脂肪酸,有別于自身產生的脂肪酸,就需要從有脂肪酸代謝領域背景的專家那里獲得靈感?!?/p>
“最近比較關注二十大的召開,想看看針對基礎科研領域,黨和國家會有什么新的信號釋放。”王二濤告訴記者,隨著國內對基礎科研工作的愈發重視,越來越多的青年學者愿意加入看似枯燥、不容易出成績的基礎科研領域。王二濤說,黨的二十大報告將“實施科教興國戰略,強化現代化建設人才支撐”單獨成章,彰顯了黨對支持科技人才發展的堅定態度。
他告訴記者,無盡的實驗和實驗假設的修正,這些工作不僅耗費時間,也耗經費、精力,“如果沒有國家政策和中科院分子植物科學卓越創新中心的創新機制支持,我們做不下來?!?/p>
王二濤說,自己喜歡“不斷調整自己的想法、挑戰新事物”的過程。揭開生物學現象的本質的那一刻,是科學家開心和最閃光的時刻。
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陸凌:好科研能既“上書架”又“上貨架”
中青報·中青網見習記者 楊潔
在中國科學院物理研究所,研究員陸凌所從事的“狄拉克渦旋”拓撲光腔研究,對普通人來說只是一組晦澀的學術概念。
但從原理到樣品,由物理所光物理實驗室L01組研制出的拓撲腔面發射激光芯片,卻擁有改變人們生活的潛力。它將有可能運用在手機人臉識別、自動駕駛的激光雷達以及虛擬現實的三維感知等領域。
在這個80后青年科研工作者眼中,“能為之不斷奮斗的好科研項目,是要么上‘書架子’,要么上‘貨架子’,當然最好是兩者都能上。”
今年3月,陸凌團隊的科研成果向社會公開,他們將此前研究發現的“狄拉克渦旋”拓撲光腔,成功應用于面發射半導體激光器中,可以從原理上突破眼下半導體激光的技術瓶頸,同時多數量級地提高其出射功率和光束質量。
眼下日常生活中用到的半導體激光芯片,如互聯網通信所采用的邊發射激光器,或是手機人臉識別所采用的面發射激光器,均是約50年前由美國和日本科學家設計開發的。此類器件在性能和指標等方面都已經到達了自身瓶頸。而目前人臉識別、自動駕駛、三維感知等新興產業的發展,對半導體激光器的性能要求不斷提高,其出射功率低和光束質量差的問題亟須破解。
“半導體激光器的作用好比無人駕駛系統的‘眼睛’,如果激光雷達功率低,則意味著看不遠,光束質量差則意味著看得模糊?!标懥杞忉專負淝幻姘l射激光器可以解決智能產品“眼睛視力不良”的問題,大幅度提高激光雷達的探測效果。
可“視力矯正”并非一日之功,要做一個世界范圍內開拓性的研究絕非易事。陸凌的博士論文課題便是光子晶體半導體激光器。從2010年博士后階段起,他就開始從事當時還鮮為人知的拓撲光子學研究,現在這個領域的名稱也是來自他2014年發表的拓撲光子學的同名綜述文章。拓撲光子學的底層數學原理和全新現象,是目前光學和電磁學教科書中所沒有的,這也意味著這一新方向擁有對現有光子學技術帶來變革的可能性。
多個諾貝爾物理學獎從拓撲物理領域誕生,拓撲和物理的結合發現當外界條件大幅改變時,體系的物理性質卻可以保持完全不變的神奇魯棒特性。那么從理論上講,拓撲的穩定原理應該可以顯著提高各類器件的性能,但在具體的原型器件上卻一直屬于“無人區”。
“我目前所從事的工作是要研發一個由中國原創的、可大規模應用的拓撲半導體激光器件。” 2016年回國后,陸凌便帶領團隊展開了半導體激光芯片性能提升的原理研究;之后,他獲得首批中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目支持。
在科研攻關的階段,他的大腦常?!耙娍p插針”地思考,甚至在吃飯、走路的時間可以隨時隨地思考問題。有時候跟妻子說話,一愣神,不自覺地聯想到了科研問題,外界聲音被自動屏蔽,過了很久才能想起對話。每天晚上躺在床上,他的大腦會開始自動復盤,想一想今天遇到的困難有哪些,問題可能出現在什么環節。第二天早上一睜眼,他思考的第一件事是,今天要如何解決“昨天遇到的困難”。
拓撲腔面發射激光器研究的突破,來自陸凌撰寫文章時的靈光一現。他突然意識到目前主流商用的半導體激光器設計和抽象的一維拓撲模型是可以打通的,其底層的數學結構其實是完全相同的。一個跨學科領域的聯想幫助他找到了破解半導體激光器問題的辦法,那就是把它從一維推廣到二維拓撲設計。
“思路一下子豁然開朗,對未來的研究有了方向性的突破?!彼谝粫r間去查看文獻,驗證自己的思考是否有漏洞,是否已被前人所提出,是否真的具備可行性。
2022年初,拓撲腔面發射激光器在中科院誕生,實現了遠超同類商用產品的指標和性能,陸凌團隊的研究成果于2022年3月18日發表在Nature Photonics雜志網站上。其中的拓撲腔,正是在兩年前由陸凌團隊提出的“狄拉克渦旋”拓撲光腔,是已知的大面積單模性最好的光腔設計,成果發表于2020年Nature Nanotechnology雜志,這里的大面積提高了激光功率,而單模性保證了光束質量。
近年來,不斷有新學生慕名前來,但并不一定都愿意堅持。留在課題組里的學生可能要承擔延期畢業、論文發表數量少的風險。陸凌希望未來祖國的科研環境里,會有更多愿意挑戰一流工作的青年,“一個人如果能在年輕的時候投入一項真正有意義的研究,是莫大的機遇,在黎明到來之前,必須要有耐心?!?/p>
從想法到器件,陸凌團隊在破解半導體激光器關鍵性問題上耗費的時間長達6年。但在陸凌看來,等待是值得的,“一個有志向的科學家,會去鉆研一個極其有意義的科學問題。而這個科學問題一旦被解決,要么會留在下一代人的教科書里,供學習借鑒;要么是成為生活中可以使用的新技術,改變人們的生活;當然最理想的狀態是兩者都能做到?!?/p>
學習了黨的二十大精神之后,作為一個致力于研發中國原創半導體器件的青年科技工作者,陸凌感慨,要“想國家之所想、急國家之所急、應國家之所需”,為實現高水平科技自立自強貢獻自己的力量。
未來,他對自己的科研成果能“走上貨架”充滿了信心:如果拓撲腔面發射激光器從樣品慢慢走向大規模商用量產,那么數十年后,每一部手機、每一輛汽車、每一個機器人都將有可能會用到這種新型的光源。那時,我國發明的半導體器件將大規模走進千家萬戶。
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孫濤:破界創新 讓拔尖人才冒出來
中青報·中青網記者 胡春艷 通訊員 劉曉艷
天津大學機械工程學院青年教師孫濤一直在做各種打破邊界的嘗試。
他用數學的眼光來“打量”機械工程這個古老的學科,研究出了用數學建模解決機器人運動控制、性能分析等理論難題的方法。
漸漸地,他不滿足于僅是“自己設置難題自己解”的研究。在中國眼下一大批正在經歷轉型升級的實體企業中,在機器轟鳴的工廠和車間里,他找到了“比想象的還要復雜得多”的真實工程應用場景。
他領銜一支平均年齡30歲左右的實驗室研究團隊,在機器人智能制造領域,瞄準國家重大需求,對一些“卡脖子”技術展開攻關,“我們從原始機構創新出發,聚焦實際生產和轉型需求,就做市面上買不到的關鍵設備?!?/p>
2021年,這支團隊推出的“跨尺度多材質鑄造件智能加工機器人技術”,入選中國智能制造十大科技進展。
而作為天津大學機械學院年輕的副院長,他更清楚,比做出精良的設備更迫切的,是培養出一大批支撐中國從制造大國走向制造強國的人才。一個更大的課題擺在面前——培養面向未來的卓越工程師。
為主動應對新一輪科技革命與產業變革,培養造就一大批多樣化、創新型卓越工程科技人才,近年來天津大學主動探索適應時代發展的“新工科”建設。
孫濤主持制定并實施了天津大學機械大類創新人才培養的新工科方案,參與了新工科項目制課程“設計與建造”和第一個新工科人才培養校級平臺“未來智能機器與系統平臺”的建設。
他驚喜地發現,黨的二十大報告中將教育、科技、人才列為專章闡述,“第一次把三大戰略擺在一起,這是一個非常重要的創新?!?/p>
這也是孫濤一直在思考并探索的方向:“我們始終堅持科技創新,這個過程中必須要通過更好的教育來培養出更高水平的人才,三者的關系一定是相互支撐、相輔相成的?!睂λ裕嬗薪處?、教育管理者和科研工作者的多種職責使命,“無論是教育培養人才還是帶領團隊做研究角度,今后都有了更明確的方向感?!?/p>
問需產業發展、問需技術革新,是工程教育改革的題中之義。這些年,孫濤走進全國從南到北的數百家工廠實地調研。
“很多工廠的自動化程度之高、設備之先進,顛覆了我們印象中傳統工廠的樣子?!彼逦馗惺艿街悄苤圃鞎r代的大潮撲面而來,同時他也注意到一些長期以來都存在卻始終難以解決的問題,比如許多先進的設備并沒有發揮出它的最優價值,一些企業反映,花了高價買來的進口高端設備并沒有那么“好用”。
進口設備“水土不服”的原因在于,一些高端設備和實際企業的應用場景不匹配。也正因如此,很多企業主動找到國內一些高校和科研機構,希望能請科研人員幫助企業攻克一些實際技術難題。
一家機械裝備企業主動找到孫濤時,企業因為缺乏好產品而效益不佳。原本他們希望高校的科研人員能幫助企業設計一款機械臂,用于切割金屬鑄件,減少人工帶來的危險性和不確定性。可孫濤團隊到企業實地考察后,為他們量身定制設計出多款適應不同鑄造的機床,并實現自動化控制。目前,這些設備成為國內市場的暢銷產品,有很高的市場占有率。
這樣的經歷多了,孫濤愈發堅定心中的方向——要以應用場景驅動研究,“要解決實際問題”。
象牙塔里的一些研究者往往認為,工廠實際生產的問題“太low”,研究這樣的問題無法發表出高水平論文。而孫濤認為,純理論的研究,特別是機構學理論,更需要通過實際應用來證明理論的價值,他渴望“給企業帶來實實在在的效益,助力國家經濟社會發現?!?/p>
“工程師不能解決實際問題,就不叫工程師。”孫濤常這樣跟學生說。不久前,他所在團隊的幾名年輕人研發設計的“下肢骨折復位與康復一體化機器人”,那是世界首款重量小于2kg的可穿戴式骨折手術與康復一體化機器人,實現了對骨折患者的個性化精準復位與量化康復。該項目在第四屆中國研究生機器人創新設計大賽中獲一等獎。
孫濤清楚,推動學科交叉與產教融合是“新工科”的必經之路。他把企業真實遇到的難題,作為“新工科”學生課堂里的項目,讓不同專業的學生跨界組隊,如同“升級打怪”一樣,不斷苦練本領去拿下一個個難題,期待在這個過程中讓拔尖創新人才涌現出來。
如今已經是智能制造工程專業一名大四學生的張旖,是天津大學新工科建設方案推出后的首批本科生。今年暑假,她帶領團隊研發出“仿沙蠶絲驅動勘探機器人”,獲得了第十屆全國大學生機械創新設計大賽全國一等獎。
她的本科生涯不乏這樣的參賽經歷。在她看來,比賽的過程其實和她剛上大一就開始學的“設計與建造”課非常類似:收到一個任務,老師負責引導,學生組成團隊邊學邊做去完成。大一時,她就有了組隊做一輛智能物流派送車的經驗。這樣的體驗也讓她找到了科研的樂趣,畢業后主動申請加入孫濤的課題組進行碩博階段的學習和研究。
她堅定地告訴孫濤自己未來的選擇,“我要做引領科技創新的事。”
日常教學中一次又一次解決真問題的經歷,也讓學生們真實感受到了國家對于科技創新的需求。
孫濤認為,新工科培養出來的青年人,不僅有解決實際工程問題的能力,也更有為國奮斗的情懷和信念,他們見過真實的企業生產線,也經歷了從0到N的完整研發過程,這樣的訓練讓他們對于創新也有更加深刻的體會,“他們將是建設現代化強國的中流砥柱。”
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潘純:當好重癥患者“生命的守護人”
尤強 中青報·中青網記者 李超
10月10日,新疆本輪疫情暴發后不久,1982年出生的潘純又一次接到組織命令:他與同事迅速交接完手頭的工作,收拾好行李登上從南京開往濟南的列車?!爸形?點到濟南,跟隨濟南核酸采樣隊的包機,直飛烏魯木齊……”
潘純是東南大學附屬中大醫院重癥醫學科的主任醫師,自2020年起,在“最前線”抗擊新冠肺炎疫情成為潘純工作中尤為重要的部分?!霸谖錆h92天、在海拉爾20天、在上海60天……”對每一段與疫情“搏斗”的日子,潘純記得很清晰。
10月16日,遠在新疆的潘純因在一線進行防疫工作,沒有實時觀看黨的二十大會議的直播。在工作結束后,潘純認真學習了黨的二十大報告的內容。
潘純說,新冠肺炎疫情發生以來,中國共產黨始終堅持人民至上、生命至上。在每一次抗疫的過程,他都能深深感受到人民生命安全和身體健康被放在第一位。作為一名青年醫務工作者,他要堅持“以人民健康為中心”,全方位、全周期保障人民健康,從人民群眾的需求和醫院高質量發展的需要出發,持續做好常態化疫情防控工作,讓青春在不懈奮斗中綻放絢麗之花。
“作為一名重癥醫生,我們守護的是患者的生命。我們要當好他們‘生命的守護人’!”
今年是潘純工作的第17個年頭,他師從我國重癥醫學領域著名專家邱海波。多年來,他靠著一身本領,一次次把危重癥患者“從鬼門關拖了回來”。
在潘純看來,普通科室里的醫生大多是“先瞄準、后開槍”?;颊呤紫冗M行全流程的專業檢查,醫生確定患者診斷后,對癥用藥。
但在重癥醫學科,病人微弱的生命體征、兇險的病情,通常沒有留給他太多時間?!斑吤闇?、邊開槍”,與“死神搶時間”就成為潘純的工作要求。
對此,1981年出生的彭博有很深的感觸。他是一名退伍老兵,也是我國首批感染新冠肺炎的患者之一。
2020年1月,一向身體強健、很少生病的彭博出現發熱癥狀。同年2月,他與23名患者一起被送入武漢市金銀潭醫院接受治療。
談起當時的救治情形,彭博依然心有余悸。他回憶道:“如果不是潘醫生,我很可能就活不過來了。”
入院第三天,彭博就感到呼吸變得十分困難。他立即被轉入ICU病房接受治療。當時,彭博的主治醫生正是作為國家衛建委專家組成員的潘純。由于呼吸困難,那個時候的彭博面色發黑,一直有胸悶的癥狀,而且氧飽和度維持也很困難。
針對彭博的情況,潘純首先對他進行氣管插管呼吸機支持治療,在病情沒有明顯好轉的情況下,潘純沒有猶豫,又緊急為彭博采用ECMO治療方法。
短短20多天,潘純就對彭博進行多次搶救。面對呼吸衰竭、腎功能衰竭、消化道出血等危及生命的情況下,潘純屢次將他從“死神”的手中搶回來。
“邊瞄準、邊開槍?!辈∏槿绾巫兓?、如何發展,對于當時的潘純來說是未知數:“當時,我們針對每位病人的癥狀,都定制治療方案。從早上8點進入病房,一直工作到深夜。那段時間的努力,也為新冠病人的救治工作積累了不少經驗?!?/p>
隨后,彭博還接受輸入康復者血漿的治療。一段時間后,彭博才漸漸恢復意識。讓他沒想到的是,“潘醫生不光是醫術好,更重要的是,他很有‘人情味’?!背鲈呵埃麑iT添加了潘純的微信。在隨后的兩年里,他先后兩次從武漢到南京,與潘純表達感謝。
隨后一段時間,潘純感到,疫情防控工作越來越科學、救治經驗越來越豐富?!昂芏嗍虑楹孟癫幌駝傞_始那么難了。但是作為醫護人員,我們總是追求更高的標準?!?/p>
今年4月23日,潘純作為江蘇省援滬重癥醫療隊隊長抵達上海市第八人民醫院,進行針對新冠肺炎重癥患者的治療工作。
在那里,潘純發現一個新的現象。上海的醫療條件相對發達,幾乎每一個??崎T診都配備專科重癥醫師。“按理來說,??浦匕Y劃分得更細、也更為專業?!钡窃趯嶋H操作中,進入ICU的病人除感染新冠肺炎外,大多患有心臟病、糖尿病等基礎疾病,對于這些患者的治療,更多需要綜合考慮各個器官功能的精準支持。
潘純介紹,由于疫情防控的有效進行,上海本輪疫情的感染人群主要為沒有接種疫苗和抵抗力較弱的老年人。在治療工作中,潘純不僅要針對新冠肺炎患者的癥狀進行治療,還要為其進行基礎疾病的治療。
其實,讓ICU變得溫馨也是潘純一直以來的追求?!霸谛鹿谝咔槌掷m不斷、國際格局發生復雜深刻變化的重要時刻,作為青年醫務工作者和科研人員,要做到‘家國在心里、世界在眼里、學問在手里’,我們青年一代一定要讓青春在融入黨和人民事業中,煥發出更加絢麗的光彩?!?/p>
兩年來,大大小小的遠行已成為家常便飯。臨行前,潘純與在蘇州掛職工作的妻子通了電話。對于丈夫的“高風險地區之旅”,妻子十分支持:“你是我們全家人的驕傲!”
在潘純的背包里,妻子還專門提醒他放一根跳繩。這樣就算在酒店里,他也可以活動活動。
當列車開始駛出南京時,潘純收到了彭博的信息。如今,彭博也成為一名疫情防控志愿者,幫助社區做一些力所能及的工作?!皶闷饋淼模覀凂R上就勝利了!”聽說潘純即將“遠征”,彭博這樣說。(中國青年報)
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