【清华新思】破解跨界密钥,融聚“最强大脑”——清华大学面向未来打造新型跨学科交叉科研平台


编者按:

居诸不息,寒暑推移。两个月后,清华大学即将迎来第110个生日。值此之际,为迎接110周年校庆,清华大学将推出【清华新思】系列策划,旨在分享清华近年来的重要发展成果,选取在世界高等教育领域有代表性、前瞻性、引领性的热点和议题,展示清华的教育理念、教学创新探索、国际合作重要成果,以及清华作为中国高等教育的一面旗帜,应对国际挑战方面的担当与贡献。

深思方得长计,革新意在图强。清华大学校长邱勇在全校教职工大会上提出,要构建跨学科交叉研究生态体系,开展有组织科研。让我们一起关注【清华新思】首篇,以更深的思考、更强的定力和更新的气象迎接新的历史、谋划新的历史、创造新的历史。


   ●记者 田姬熔 吕婷

2020年,一场旷日持久的战“疫”在全世界范围内打响。除了医院,还有一个十万火急的“战场”,那就是科研人员奋战的实验室——所有关于新冠病毒的认知都从这里传向世界。

清华大学在这场科研战“疫”中,频频出现于人们的视野。

2020年3月30日,清华大学生命学院王新泉和医学院张林琦课题组合作揭示新冠病毒侵染细胞的结构基础,相关成果在《自然》期刊上在线发表。

2020年5月26日,《自然》期刊发布王新泉、张林琦课题组和国家感染性疾病临床医学研究中心(深圳市第三人民医院/南方科技大学第二附属医院)张政课题组的合作研究成果:分离得到人类新冠病毒自然感染诱导的高活性中和抗体。

2020年6月17日,王新泉团队在《自然通讯》刊发文章,阐述冠状病毒进化路径。

2020年9月15日,《细胞》在线发表清华大学生命学院李赛团队与浙江大学医学院附属第一医院传染病诊治国家重点实验室李兰娟院士团队研究成果《新冠病毒的分子结构》,其中的高清新冠病毒完整结构图为人们揭示了现有研究中最完整新冠病毒形象。

……

这些突破性的科研成果都得到同一个科研机构——清华大学结构生物学高精尖创新中心的支持。中心由北京市教委组织成立,以清华大学为依托和牵头单位,是首批13个北京市高校高精尖创新中心之一。中心通过积极开展学科交叉与合作,以结构生物学为突破口带动了清华大学神经生物学、生物物理学、生物化学等学科整体实力的快速提升。成立以来,中心人员以第一和通讯作者身份累计已在国际学术期刊《科学》《自然》《细胞》发表原创性科研成果60余篇。

张林琦教授(右一)、王新泉教授(右二)和团队科研人员

像结构生物学高精尖创新中心这样充分发挥清华学科优势,在多院系间开展合作,紧跟国际前沿开展科学研究,积极推动学科交叉融合的新型科研平台,目前在清华已挂牌成立10余个。

清华各条“战线”的科研人员都在争分夺秒地向着国际学术前沿进军。而如何让这些“平行线”找到可能的“交叉点”,挖掘出全新的跨界研究空间?如何使各个学科各个方向的“最强大脑”愿意并能够汇聚到一起,迸发出更夺目的创新火花?如何将国际前沿的研究方向与国家重大战略紧密结合,做出顶天立地的科研成果?清华大学正在潜心布局和不断探索中破解科研交叉创新的密钥。

“天马行空想问题,脚踏实地做事情”

2019年4月,为献礼清华大学108周年校庆,美术学院的一间开放教室里,三位“机器人乐师”衣袂飘飘,以成熟的演奏和默契的配合,为师生校友献上唯美的中国风乐曲。

这是清华大学美术学院与清华大学未来实验室联合研发的国内第一支中国风机器人乐队——墨甲机器人乐队,用极具科技感的方式向世界展现东方美学的无穷魅力。在这背后,是一支集合了音乐家、雕塑家、服装设计师、机械、软件及电气工程师等多种人才的庞大队伍。

墨甲机器人乐队(图片由清华大学墨甲机器人团队提供)

这种多领域合作、跨学科交叉的项目在未来实验室还有很多。新型气体传感器、大幅面触觉图形显示终端、基于物联网技术的可编程积木……未来实验室的一系列研究项目都有着天马行空的色彩。实验室的70余位师生来自30多个不同专业,学术背景多元,研究方向多样,跨学科交叉的特点尤为突出。

“大幅面触觉图形显示终端”产品让盲人更加轻松地“读”懂文字甚至图片内容

“学科的交叉融合并不是学科间的简单合作,而是不同学科学术思想的交叉融合。这就要求从事交叉研究的师生,往往要对本学科之外至少另一个学科有较深程度的理解。”清华大学科研院时任副院长邓宁说。

未来实验室主任、美术学院教授徐迎庆每月都会要求团队学生至少读一本学科之外的书籍,使自己的视野更加广阔。徐迎庆自己的经历同样有着鲜明的跨界特色,数学、计算机与设计的综合背景让他更关注科技、人文与艺术的多层次、大跨度交叉研究,这种理念在未来实验室的项目中贯穿始终。

“交叉在前沿探索中是一种常态。”徐迎庆说,“我们希望通过学科交叉的方式,探索人、机、物如何自然融合、相互理解、高效工作。企业会更专注于做可实现的东西,与此相比,我们跨学科科研的未知、冒险的成分更大。每年能有20%的项目成功就非常不错了,如果都能轻易成功,那说明我们的方向可能是失败的。”

实验室里,老师们正在和同学们一起热烈讨论。与一般实验室里师生为科研工作苦思冥想的氛围不同,这里总是欢声笑语不断。夕阳透过落地窗投射进来,桌上的各种实验器材仿佛都被镀上了未来感的色彩。

“什么是未来?未来意味着未知,意味着我们不能再以传统的思维思考问题。所以我们鼓励团队的师生天马行空想问题、脚踏实地做事情。这两者如果能有机融合,就可能做出与众不同的研究。”徐迎庆说。

瞄准方向,寻找科研新增量

“大学的科研创新要坚持需求导向和问题导向,深入推进学科交叉。解决关键领域的问题,往往需要汇集多学科的智慧和力量。”正如清华大学校长邱勇在《人民日报》署名文章中提及的,学科交叉在高校科研体系中具有重要作用,清华大学早已嗅到学科交叉这一未来科学发展的主流方向。

1987年,清华大学第十二次科学讨论会上,“加强学科交叉渗透和横向联系”首次被明确写入总结报告中。

2016年,学校第十七次科研工作讨论会闭幕大会上,学科交叉成为四大关键事项之一,正式纳入学校科研体制机制改革计划中。随后,跨学科交叉工作相关政策文件与管理机构陆续落地,跨学科交叉工作的顶层设计持续推进。

2017年以来,清华全面整合校内学术资源,不断推动成立了10所跨学科交叉科研机构。这些机构由学校顶层设计、以院系或科研团队发起,紧随世界科研发展趋势和未来科学发展方向而布局建设,集中组织不同院系的老师在特定的领域开展合作。

2020年,清华第十八次科研工作讨论会闭幕式中,学校再次强调要完善学科布局,进一步推动学科交叉。

“从学科发展的角度来看,现代科学技术发展非常迅速,要想再产生一次如同20世纪量子力学诞生一样的变革性影响,这样的机会已经很少了。那么新的增长点在哪里?很显然学科交叉是一个很现实的方式。”清华大学柔性电子技术研究中心(以下简称“柔电中心”)主任、航天航空学院教授冯雪说。

冯雪自己就走了这样一条学科交叉的道路:力学系出身的他在研究中不断探索,最终选择了柔性电子技术这条横跨力学、材料、信息、化学等多领域的学术道路。

柔电中心与清华大学智能无人系统研究中心、清华大学智能网联汽车与交通研究中心是2017年清华最早成立的三所跨学科交叉科研机构。作为清华科研体制机制改革的重要阶段性成果,三个中心瞄准国家战略需求和科技前沿,积极承担国家重大项目,产出重要科研成果。其中,柔电中心在2020年新冠肺炎疫情期间将柔性生物医疗电子相关研究成果及时转化为医疗设备的产品开发,研发出适合新冠肺炎疫情防控的“体征集中在线监测管理系统”,并先后向武汉捐赠3000多套智能体温及智能心电终端医疗器械设备,实现病人体温和心电数据的远程、非接触式监测及管理,为控制患者病情与保证医护安全提供了重要技术支持。

群英荟萃,集聚科研源动力

中午时分,结束了一上午繁忙工作的清华教师,来到位于清芬园三层1000多平方米的教师餐厅,与来自不同院系的老师围坐一起,热烈地讨论起最近的研究心得。阳光透过玻璃幕墙温暖地洒了下来,思维的火花在这里碰撞、交融、升华……

“我们希望营造一个促进不同学科教师之间开放研讨的自由氛围,这样的氛围对激发交叉创新的灵感非常重要。教师餐厅的设立就是一个很好的尝试。”邓宁说。

来自不同院系的教师边就餐边交流

开放式的大厅,可以远眺西山的观景玻璃幕墙,能够营造良好声学效果的砂岩吸声板,便于多人就餐和讨论的异形桌椅,温馨柔和的灯光氛围……这一切的精心设计,都源于一个原因,那就是跨学科交叉研究的关键在于人。

“技术攻关常常不是一个人、一个单一学科团队能够完成的。聚焦重大现实问题、服务国家重大需求,必须深入推进有组织科研,克服单打独斗、资源分散的弊端,全面提升大学服务国家战略的科技能力。”邱勇在多个场合提到要开展“有组织的科研”。

如何吸引不同学术背景、不同研究方向,有着不同思维方式的研究者走到一起,形成共同推动学术发展的合力?每个多学科交叉的科研平台都在管理组织实践中不断寻求这一问题的答案。

2015年成立的未来芯片技术高精尖创新中心(以下简称“未来芯片中心”)给出了一种可能性:以中心为主体创新组织模式,为跨学科交叉研究的有序开展提供机制体制保障。

在“人”的问题上,中心建设以人为核心的学者赋能体系:搭建一流平台,实现“拎包做研究”的软硬件设施条件;聚合高水平学者,根据团队发展需求定向引进高层次人才;建立研究型工程师队伍,帮助团队提高工程实现能力。

在“研”的问题上,中心探索问题导向的跨学科交叉机制:拆分研究难点,细化问题领域,“自上而下”牵引各领域专家进行交叉研究;提供科研平台及公共研发支撑团队,“自下而上”保障跨学科交叉研究。

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未来芯片中心的芯片测试平台

未来芯片中心这一体系优势在2018年与SK海力士的合作中得到了充分彰显。作为深耕半导体产业30多年的全球领先存储器制造商,SK海力士每年投入大量资金给相关领域优秀学者,以推动公司的项目研发。2018年,海力士将目光投向了清华大学微纳电子系吴华强、尹首一和计算机系张悠慧等教授团队。在与多位教授的分别接触中,SK海力士发现他们都是未来芯片中心的核心成员,于是便由点及面地深入了解了这个整合清华几乎所有芯片技术研究资源的科研中心。2018年10月,清华大学-SK海力士智能存储计算芯片联合研究中心揭牌,SK海力士与中国高等学府的一次重要合作在未来芯片中心的推动下于清华落定。

目前,未来芯片中心打造了完善的成果转化生态,已孵化11家企业,估值超过100亿元人民币,授权专利300多项……

与此同时,柔电中心则用“内虚外实”的发展模式给出了不一样的解法。

“柔性电子中心作为学校首批成立的跨学科研究机构之一,通过重大需求牵引和校地合作支持,探索出了一条创新性与灵活性兼具的发展模式。”清华大学主管科研工作的副校长尤政说。

柔电中心在校内成立虚体研究中心,汇集全校中心力量,聚焦学术前沿,寻求原理性突破。在校外,以校地合作的方式,成立浙江清华柔性电子技术研究院,推动学术成果产业化发展。

“一手抓学术,一手要抓重大需求重大应用,通过‘内虚外实’的方式给它彻底打通。”冯雪说,“这样就构成一个良性循环,通过学术牵引,不断有新的idea、新的学术理念、新的原理突破,然后通过浙江的团队实现产业化,挖掘出现实的重大需求,校内再继续组织力量攻关,承担国家的重大任务。”

这种学术引领和产业引领双驱动的发展模式,将原本散落在各院系的柔性电子领域学者高效聚集在柔电中心,使得前沿基础性研究与技术创新互相促进、滚动式发展,为柔性电子领域的进一步研究提供源源不断的动力。

科研平台的建设、完善与发展非一日之功。清华在深邃的学术研究沉淀与丰厚的学科优势积累中厚积薄发,凭借多年摸索前行的经验,着力打造高端、前沿的跨学科交叉科研平台,迈出了科研体制机制改革的里程碑式步伐。

这一步如同一枚石子掷入平静的湖水,溅起了中国科研体制创新的层层涟漪,也引领我们进一步思考,现代科学研究和学科发展将何去何从。

未来,面对社会日新月异的大变革与科技前所未有的大发展,这一步能否推动清华科研一路挺进世界顶尖行列,能否引领中国科研创新发展、绘制出新的历史篇章?我们相信时间会给出明确的答案。

编辑:田姬熔 吕婷 赵姝婧 李华山

审核:吕婷 李晨晖

2021年02月26日 22:10:59  清华新闻网

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