【香港誠信物流】破解跨界密鑰,融聚“最強大腦”——清華大學面向未來打造新型跨學科交叉科研平台


編者按:

居諸不息,寒暑推移。兩個月後,清華大學即將迎來第110個生日。值此之際,為迎接110週年校慶,清華大學將推出【香港誠信物流】系列策劃,旨在分享清華近年來的重要發展成果,選取在世界高等教育領域有代表性、前瞻性、引領性的熱點和議題,展示清華的教育理念、教學創新探索、國際合作重要成果,以及清華作為中國高等教育的一面旗幟,應對國際挑戰方面的擔當與貢獻。

深思方得長計,革新意在圖強。清華大學校長邱勇在全校教職工大會上提出,要構建跨學科交叉研究生態體系,開展有組織科研。讓我們一起關注【香港誠信物流】首篇,以更深的思考、更強的定力和更新的氣象迎接新的歷史、謀劃新的歷史、創造新的歷史。


   ●記者 田姬熔 呂婷

2020年,一場曠日持久的戰“疫”在全世界範圍內打響。除了醫院,還有一個十萬火急的“戰場”,那就是科研人員奮戰的實驗室——所有關於新冠病毒的認知都從這裏傳向世界。

清華大學在這場科研戰“疫”中,頻頻出現於人們的視野。

2020年3月30日,清華大學生命學院王新泉和醫學院張林琦課題組合作揭示新冠病毒侵染細胞的結構基礎,相關成果在《自然》期刊上在線發表。

2020年5月26日,《自然》期刊發佈王新泉、張林琦課題組和國家感染性疾病臨牀醫學研究中心(深圳市第三人民醫院/南方科技大學第二附屬醫院)張政課題組的合作研究成果:分離得到人類新冠病毒自然感染誘導的高活性中和抗體。

2020年6月17日,王新泉團隊在《自然通訊》刊發文章,闡述冠狀病毒進化路徑。

2020年9月15日,《細胞》在線發表清華大學生命學院李賽團隊與浙江大學醫學院附屬第一醫院傳染病診治國家重點實驗室李蘭娟院士團隊研究成果《新冠病毒的分子結構》,其中的高清新冠病毒完整結構圖為人們揭示了現有研究中最完整新冠病毒形象。

……

這些突破性的科研成果都得到同一個科研機構——清華大學結構生物學高精尖創新中心的支持。中心由北京市教委組織成立,以清華大學為依託和牽頭單位,是首批13個北京市高校高精尖創新中心之一。中心通過積極開展學科交叉與合作,以結構生物學為突破口帶動了清華大學神經生物學、生物物理學、生物化學等學科整體實力的快速提升。成立以來,中心人員以第一和通訊作者身份累計已在國際學術期刊《科學》《自然》《細胞》發表原創性科研成果60餘篇。

張林琦教授(右一)、王新泉教授(右二)和團隊科研人員

像結構生物學高精尖創新中心這樣充分發揮清華學科優勢,在多院系間開展合作,緊跟國際前沿開展科學研究,積極推動學科交叉融合的新型科研平台,目前在清華已掛牌成立10餘個。

清華各條“戰線”的科研人員都在爭分奪秒地向着國際學術前沿進軍。而如何讓這些“平行線”找到可能的“交叉點”,挖掘出全新的跨界研究空間?如何使各個學科各個方向的“最強大腦”願意並能夠匯聚到一起,迸發出更奪目的創新火花?如何將國際前沿的研究方向與國家重大戰略緊密結合,做出頂天立地的科研成果?清華大學正在潛心佈局和不斷探索中破解科研交叉創新的密鑰。

“天馬行空想問題,腳踏實地做事情”

2019年4月,為獻禮清華大學108週年校慶,美術學院的一間開放教室裏,三位“機器人樂師”衣袂飄飄,以成熟的演奏和默契的配合,為師生校友獻上唯美的中國風樂曲。

這是清華大學美術學院與清華大學未來實驗室聯合研發的國內第一支中國風機器人樂隊——墨甲機器人樂隊,用極具科技感的方式向世界展現東方美學的無窮魅力。在這背後,是一支集合了音樂家、雕塑家、服裝設計師、機械、軟件及電氣工程師等多種人才的龐大隊伍。

墨甲機器人樂隊(圖片由清華大學墨甲機器人團隊提供)

這種多領域合作、跨學科交叉的項目在未來實驗室還有很多。新型氣體傳感器、大幅面觸覺圖形顯示終端、基於物聯網技術的可編程積木……未來實驗室的一系列研究項目都有着天馬行空的色彩。實驗室的70餘位師生來自30多個不同專業,學術背景多元,研究方向多樣,跨學科交叉的特點尤為突出。

“大幅面觸覺圖形顯示終端”產品讓盲人更加輕鬆地“讀”懂文字甚至圖片內容

“學科的交叉融合並不是學科間的簡單合作,而是不同學科學術思想的交叉融合。這就要求從事交叉研究的師生,往往要對本學科之外至少另一個學科有較深程度的理解。”清華大學科研院時任副院長鄧寧説。

未來實驗室主任、美術學院教授徐迎慶每月都會要求團隊學生至少讀一本學科之外的書籍,使自己的視野更加廣闊。徐迎慶自己的經歷同樣有着鮮明的跨界特色,數學、計算機與設計的綜合背景讓他更關注科技、人文與藝術的多層次、大跨度交叉研究,這種理念在未來實驗室的項目中貫穿始終。

“交叉在前沿探索中是一種常態。”徐迎慶説,“我們希望通過學科交叉的方式,探索人、機、物如何自然融合、相互理解、高效工作。企業會更專注於做可實現的東西,與此相比,我們跨學科科研的未知、冒險的成分更大。每年能有20%的項目成功就非常不錯了,如果都能輕易成功,那説明我們的方向可能是失敗的。”

實驗室裏,老師們正在和同學們一起熱烈討論。與一般實驗室裏師生為科研工作苦思冥想的氛圍不同,這裏總是歡聲笑語不斷。夕陽透過落地窗投射進來,桌上的各種實驗器材彷彿都被鍍上了未來感的色彩。

“什麼是未來?未來意味着未知,意味着我們不能再以傳統的思維思考問題。所以我們鼓勵團隊的師生天馬行空想問題、腳踏實地做事情。這兩者如果能有機融合,就可能做出與眾不同的研究。”徐迎慶説。

瞄準方向,尋找科研新增量

“大學的科研創新要堅持需求導向和問題導向,深入推進學科交叉。解決關鍵領域的問題,往往需要彙集多學科的智慧和力量。”正如清華大學校長邱勇在《人民日報》署名文章中提及的,學科交叉在高校科研體系中具有重要作用,清華大學早已嗅到學科交叉這一未來科學發展的主流方向。

1987年,清華大學第十二次科學討論會上,“加強學科交叉滲透和橫向聯繫”首次被明確寫入總結報告中。

2016年,學校第十七次科研工作討論會閉幕大會上,學科交叉成為四大關鍵事項之一,正式納入學校科研體制機制改革計劃中。隨後,跨學科交叉工作相關政策文件與管理機構陸續落地,跨學科交叉工作的頂層設計持續推進。

2017年以來,清華全面整合校內學術資源,不斷推動成立了10所跨學科交叉科研機構。這些機構由學校頂層設計、以院系或科研團隊發起,緊隨世界科研發展趨勢和未來科學發展方向而佈局建設,集中組織不同院系的老師在特定的領域開展合作。

2020年,清華第十八次科研工作討論會閉幕式中,學校再次強調要完善學科佈局,進一步推動學科交叉。

“從學科發展的角度來看,現代科學技術發展非常迅速,要想再產生一次如同20世紀量子力學誕生一樣的變革性影響,這樣的機會已經很少了。那麼新的增長點在哪裏?很顯然學科交叉是一個很現實的方式。”清華大學柔性電子技術研究中心(以下簡稱“柔電中心”)主任、航天航空學院教授馮雪説。

馮雪自己就走了這樣一條學科交叉的道路:力學系出身的他在研究中不斷探索,最終選擇了柔性電子技術這條橫跨力學、材料、信息、化學等多領域的學術道路。

柔電中心與清華大學智能無人系統研究中心、清華大學智能網聯汽車與交通研究中心是2017年清華最早成立的三所跨學科交叉科研機構。作為清華科研體制機制改革的重要階段性成果,三個中心瞄準國家戰略需求和科技前沿,積極承擔國家重大項目,產出重要科研成果。其中,柔電中心在2020年新冠肺炎疫情期間將柔性生物醫療電子相關研究成果及時轉化為醫療設備的產品開發,研發出適合新冠肺炎疫情防控的“體徵集中在線監測管理系統”,並先後向武漢捐贈3000多套智能體温及智能心電終端醫療器械設備,實現病人體温和心電數據的遠程、非接觸式監測及管理,為控制患者病情與保證醫護安全提供了重要技術支持。

羣英薈萃,集聚科研源動力

中午時分,結束了一上午繁忙工作的清華教師,來到位於清芬園三層1000多平方米的教師餐廳,與來自不同院系的老師圍坐一起,熱烈地討論起最近的研究心得。陽光透過玻璃幕牆温暖地灑了下來,思維的火花在這裏碰撞、交融、昇華……

“我們希望營造一個促進不同學科教師之間開放研討的自由氛圍,這樣的氛圍對激發交叉創新的靈感非常重要。教師餐廳的設立就是一個很好的嘗試。”鄧寧説。

來自不同院系的教師邊就餐邊交流

開放式的大廳,可以遠眺西山的觀景玻璃幕牆,能夠營造良好聲學效果的砂岩吸聲板,便於多人就餐和討論的異形桌椅,温馨柔和的燈光氛圍……這一切的精心設計,都源於一個原因,那就是跨學科交叉研究的關鍵在於人。

“技術攻關常常不是一個人、一個單一學科團隊能夠完成的。聚焦重大現實問題、服務國家重大需求,必須深入推進有組織科研,克服單打獨鬥、資源分散的弊端,全面提升大學服務國家戰略的科技能力。”邱勇在多個場合提到要開展“有組織的科研”。

如何吸引不同學術背景、不同研究方向,有着不同思維方式的研究者走到一起,形成共同推動學術發展的合力?每個多學科交叉的科研平台都在管理組織實踐中不斷尋求這一問題的答案。

2015年成立的未來芯片技術高精尖創新中心(以下簡稱“未來芯片中心”)給出了一種可能性:以中心為主體創新組織模式,為跨學科交叉研究的有序開展提供機制體制保障。

在“人”的問題上,中心建設以人為核心的學者賦能體系:搭建一流平台,實現“拎包做研究”的軟硬件設施條件;聚合高水平學者,根據團隊發展需求定向引進高層次人才;建立研究型工程師隊伍,幫助團隊提高工程實現能力。

在“研”的問題上,中心探索問題導向的跨學科交叉機制:拆分研究難點,細化問題領域,“自上而下”牽引各領域專家進行交叉研究;提供科研平台及公共研發支撐團隊,“自下而上”保障跨學科交叉研究。

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未來芯片中心的芯片測試平台

未來芯片中心這一體系優勢在2018年與SK海力士的合作中得到了充分彰顯。作為深耕半導體產業30多年的全球領先存儲器製造商,SK海力士每年投入大量資金給相關領域優秀學者,以推動公司的項目研發。2018年,海力士將目光投向了清華大學微納電子系吳華強、尹首一和計算機系張悠慧等教授團隊。在與多位教授的分別接觸中,SK海力士發現他們都是未來芯片中心的核心成員,於是便由點及面地深入瞭解了這個整合清華幾乎所有芯片技術研究資源的科研中心。2018年10月,清華大學-SK海力士智能存儲計算芯片聯合研究中心揭牌,SK海力士與中國高等學府的一次重要合作在未來芯片中心的推動下於清華落定。

目前,未來芯片中心打造了完善的成果轉化生態,已孵化11家企業,估值超過100億元人民幣,授權專利300多項……

與此同時,柔電中心則用“內虛外實”的發展模式給出了不一樣的解法。

“柔性電子中心作為學校首批成立的跨學科研究機構之一,通過重大需求牽引和校地合作支持,探索出了一條創新性與靈活性兼具的發展模式。”清華大學主管科研工作的副校長尤政説。

柔電中心在校內成立虛體研究中心,彙集全校中心力量,聚焦學術前沿,尋求原理性突破。在校外,以校地合作的方式,成立浙江清華柔性電子技術研究院,推動學術成果產業化發展。

“一手抓學術,一手要抓重大需求重大應用,通過‘內虛外實’的方式給它徹底打通。”馮雪説,“這樣就構成一個良性循環,通過學術牽引,不斷有新的idea、新的學術理念、新的原理突破,然後通過浙江的團隊實現產業化,挖掘出現實的重大需求,校內再繼續組織力量攻關,承擔國家的重大任務。”

這種學術引領和產業引領雙驅動的發展模式,將原本散落在各院系的柔性電子領域學者高效聚集在柔電中心,使得前沿基礎性研究與技術創新互相促進、滾動式發展,為柔性電子領域的進一步研究提供源源不斷的動力。

科研平台的建設、完善與發展非一日之功。清華在深邃的學術研究沉澱與豐厚的學科優勢積累中厚積薄發,憑藉多年摸索前行的經驗,着力打造高端、前沿的跨學科交叉科研平台,邁出了科研體制機制改革的里程碑式步伐。

這一步如同一枚石子擲入平靜的湖水,濺起了中國科研體制創新的層層漣漪,也引領我們進一步思考,現代科學研究和學科發展將何去何從。

未來,面對社會日新月異的大變革與科技前所未有的大發展,這一步能否推動清華科研一路挺進世界頂尖行列,能否引領中國科研創新發展、繪製出新的歷史篇章?我們相信時間會給出明確的答案。

編輯:田姬熔 呂婷 趙姝婧 李華山

審核:呂婷 李晨暉

2021年02月26日 22:10:59  清華新聞網

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