创新如何塑造未来?他们这样说

110周年校庆“大学 · 创新”论坛举行


●记者 李晨晖 通讯员 刘丽君

“清华要做且能够实现重大颠覆性创新,是使命和机遇使然。”

“在真刀真枪的实战环境中,培养工程领军人才。”

“做国际一流的科研,不仅是对中国的贡献,更是对国际社会的贡献。”

4月13日晚,这些铿锵有力的“创新”之声,从清华园传播到更远更广的地方。在清华大学110周年校庆之际,“大学”系列论坛第二场——“大学•创新”专题邀请科技创新重点领域的资深专家学者,解读创新内涵,发出科技最强音!

大学是创新思想的发源地,大学是培养创新人才的摇篮。让我们重温论坛现场演讲,感受这股来自清华的创新力量。

李亚栋:单原子催化的机遇与挑战

李亚栋介绍化学前沿科学发现

“过去120年来,推动人类社会科技进步发展的有两台发动机——以量子力学、相对论为代表的物理学的进展;以合成氨催化剂为代表的现代化工产业的建立与发展。”回顾历史,中国科学院院士、清华大学化学系教授、校学术委员会副主任李亚栋与大家分享了自己的观点。

而在面临碳中和、碳减排、能源革命等种种挑战的当下,人类又该如何应对?对此,他坚信:“唯有科技创新才是根本的解决方法。”

“催化是化学的灵魂,催化是化工的发动机。”李亚栋说,“催化科技创新支撑了现代人类衣食住行的的基本需求。”

怎么样进一步实现绿色化工、能源革命?单原子催化应运而生,有望解决这个挑战。与传统催化相比,单原子催化剂理论上可实现100%原子利用率,是现代化工催化技术实现升级换代的关键。但如何才能实现单原子催化?

“合成决定未来,得合成者得天下。纵观当今所有的卡脖子技术,几乎全都是卡在核心的合成和制备技术上。”李亚栋一针见血。

正是因为认识到这一点,李亚栋团队在纳米材料合成技术的基础上,创新地发展了系列单原子催化剂合成方法。令人振奋的是,目前已发展成熟的“通用的合成方法”,几乎可以把元素周期表中任意催化金属元素合成单原子催化材料,特别是催化技术中至今难以替代的、地球上又极为稀缺的贵金属Pd、Pt、Ru、Rh、Ir、Au、Ag等。

在现场,李亚栋为大家展示了一张高分辨电镜图,图中白色的亮点就是一个个单一分散的单原子催化位点。

高分辨电镜图

最近,李亚栋团队又发展出一种全新的、可以直接将传统纳米晶催化剂转化为单原子催化剂的新技术,这将为解决工业催化剂技术升级换代奠定坚实的基础。

“任何一项重大的科技发现和发明,只有真正造福人类社会才会得到广泛的承认。”李亚栋说,这是2019年诺贝尔化学奖带给他的启示。

谁是单原子催化之父、谁是单原子催化之母?谁将会成为单原子催化工业化的奠基人?这些都还未定音。“机不可失,时不再来,我们有义务、有责任承担起历史的重任。”李亚栋将之视为挑战和机遇。

而接受挑战的勇气源于实力。李亚栋团队已在烷烃脱氢制烯烃的催化工业化过程中取得了突破,实现了烷烃脱氢催化剂规模化制备。目前该单原子催化剂已获得了远超传统纳米负载型催化剂的性能指标。

此外,团队在汽车尾气净化催化剂方面与国内知名企业合作,完成了贵金属单原子催化剂的中试应用示范,将贵金属用量减量50%,成本可大幅降低,相关技术已具备国际市场竞争力。

他相信,从单原子催化可以预见,不久的将来,会迎来一个单原子、单分子新时代的到来。

张作义:中国高温气冷堆已经处于世界领先地位

张作义介绍中国高温气冷堆

“世界首台工业规模的模块式高温气冷堆核电站示范工程已经完成全部的工程建设,正在等待批准,加载核燃料点火运行。”

分享伊始,清华大学核能与新能源技术研究院教授、院长兼总工程师张作义就公布了这条振奋人心的消息。

这个核电站建设在山东省荣成市石岛湾,发电功率200MW,由2个热功率250MW的反应堆模块连接1台超高压蒸汽轮机发电机组。

“年发电14亿度,可以为200万居民提供生活用电,减少二氧化碳排放90万吨。”张作义用一连串更具体的数字,向大家阐述这一核电站建成的重大意义。

高温气冷堆核电站示范工程是国家16个科技重大专项的示范工程之一,是建设创新型国家的标志性工程,也是最近30年来全球首台按照最新核安全标准监管建设的新一代创新型核电机组。

张作义从核电厂规模、工程建设及研发投入等方面,仔细介绍了高温气冷堆核电站示范工程,并提到高温和安全是这一核电站最突出的两个优点。

例如,石岛湾高温气冷堆核电站的反应堆出口温度750℃,达到世界商业规模反应堆的最高温度水平。它可以帮助钢铁工业、煤化工减少二氧化碳排放,大规模低成本生产氢气。而安全是全球众多科学家的梦想,他们甚至发明了很多名词来形容这种反应堆技术在安全上达到的极致水平。

“因此,这是一个能够大规模减排二氧化碳的变革性创新技术,国家‘十四五规划’中已经对高温气冷堆的下一步商业化推广有了明确的规划。”张作义十分看好这一技术的产业前景。

其实,在高温气冷堆领域国际上发展最大的瓶颈就是要建设一个工业示范电站,这是只有一个大国才有能力完成的工程。目前,欧洲、日本、美国都没能开工建设示范工程。

而中国在2006年1月批准列入国家16个科技重大专项,2008年2月国务院批准总体实施方案,2012年12月,山东石岛湾200MW高温气冷堆核电站示范工程在异乎寻常严格的核安全审查程序后,正式浇注第一罐混凝土开工建设。

“这标志着中国在高温气冷堆先进核电技术上领先世界。”张作义非常自豪。

在这个过程当中,我们实际上已经取得了一些重大的技术突破,这些技术突破都已经处在世界的前列,包括年产30万个燃料球的燃料元件生产厂、大型反应堆压力容器、螺旋管直流蒸汽发生器等等。

大型反应堆压力容器

“中国高温气冷堆已经处于世界领先地位。”取得领先地位最重要的原因,他认为离不开政府的坚定支持和产学研融合的重要作用。

“没有清华大学,就没有中国高温气冷堆的发展。”尾声处,张作义动情地感慨,“是清华大学核研院数百名科学家,三代人长达30多年的艰苦努力,才完成了从关键技术的研发、实验堆的建设到工业示范电站的建设。我特别要提到王大中院士,他是实现反应堆固有安全的带头人,是清华核能团队的长期带头人,也是我们清华人熟悉和尊敬的老校长。”

王小云:解密与数字经济高质量发展息息相关的密码技术

王小云介绍密码基础理论研究与产业应用

“数字经济发展使得生活更便捷的同时,如何防范信息被恶意获取、篡改、伪造和滥用?”

面对飞速发展的数字经济,中国科学院院士,清华大学高等研究院“杨振宁讲座”教授王小云率先抛出了一个人人都有所担忧的问题。

“密码就是一种保障数字经济高质量发展的重要技术手段,可以有效保障信息的机密性、真实性、不可抵赖性和完整性。”她解释道,“其中哈希函数可以保障数据完整性,识别数据篡改,与数字签名一起保证数据的真实性和不可抵赖性。”

作为一名曾花费十年时间投身哈希函数研究的学者,王小云先为大家简单介绍了密码基础理论研究的基本内涵,把密码学的发展历史、分类和密码算法娓娓道来。

现代密码学发展历程

什么是密码哈希函数?“哈希函数将任意长度消息压缩为固定长度的数字指纹,如同人的指纹。”王小云用通俗易懂地方式阐述。从1996年至2005年,王小云提出比特追踪法,带领团队给出了MD5和SHA-1在内的系列哈希函数的碰撞攻击。

“密码分析的目标是保障密码设计的安全。”为了抵抗比特追踪法的攻击,王小云团队设计了中国哈希函数标准SM3。SM3采用三维强雪崩设计架构,可以有效抵抗比特追踪法攻击。

2018年,SM3和美国标准SHA2、SHA3、俄罗斯标准等一起纳入新一代ISO哈希函数标准。SM3也产生了巨大的社会效益和经济效益,被纳入了中国46类重要经济行业规范,包括国家电网、金融、社保、交通等众多领域。

2020年1月1日起,《密码法》正式实施,将推动商用密码产业高质量发展,加快相关产业生态和信用体系建设,也保护公民、法人的利益。

“我想特别表达一个观点,就是要建立基于芯片安全的系统安全观。”王小云说,“软件系统容易遭受各种攻击,将密钥存储、密码计算、电子支付等关键信息和计算以硬件形式保护起来。”因此,她呼吁大家高度关注抗侧信道攻击的安全芯片研究。

最后,王小云还提到了时下备受关注的区块链。她认为,区块链可以解决数字金融、健康医疗、工业互联网等行业痛点,而区块链高度依赖密码技术。

“密码学不仅有效保障区块链个人信息隐私保护,也可以提供合理合法的技术监管手段,遏制犯罪。”她说。

展望未来,王小云认为,以密码为基础技术支撑,融合人工智能、大数据等技术,可以有效推动数字经济高质量发展。而区块链、人工智能、物联网等新兴产业推动密码应用领域边界不断扩张,从而引发了更多的密码基础科学问题和前沿技术亟需解决。

董家鸿:以智慧科技践行生命至上的信念

董家鸿介绍智慧健康医疗体系的创新与应用

“在我们离鄂返京的时候,当地小学生向我们捐赠了武汉加油的画作,让我们感到非常温暖,倍受鼓舞,”站在演讲台上,中国工程院院士,清华大学临床医学院教授、院长,北京清华长庚医院院长董家鸿回忆起了驰援武汉时的暖心故事。

2020年初,新冠疫情暴发,国家抗疫战斗打响后的第一时间,清华大学临床医学院与多个工科院系迅速组建疫情智能防控研发团队,针对复杂的疫情防控形势,紧急研发出8个智能防控技术产品,在个人防护、社区管控、医院救治、远程医疗、康复照护等5个环节,为全国多级联动的疫情防控提供了整体智能化解决方案。

2020年2月24日,清华国家远程医疗队临危受命,驰援武汉,捐赠并部署应用清华COVID-19智能防控系统,赋能抗疫的最前线。

科技抗疫是清华众多智慧医疗应用的代表作之一。伴随着信息科技时代的来临,践行“健康中国”战略,清华提出医工结合、集成创新、构建清华智慧健康医疗体系的计划。

“清华智慧健康医疗体系(Tsinghua Healthcare Intelligent System),我们简称为THIS。”董家鸿对THIS进行了详细解释,“其目标是面向人民生命健康的体系化需求,通过现代智慧科技的赋能和系统优化,实施覆盖全人群、全生涯、全维度的健康照护,构建优质、高效、经济的大健康生态体系。”

清华大学在国内率先建立跨领域融合的智慧医疗创新平台。目前,在精准医疗方面,THIS的创新应用已涵盖数字外科、线上多学科联合诊疗、跨学科心脑血管卒中急救系统、智能化脑起搏器等百余个重要项目。

董家鸿举了一些例子进行说明。“作为一个肝胆外科医生,在我的职业生涯中非常有幸创立了国际公认的精准肝胆外科范式。”董家鸿说。过去10多年来,通过智慧科技的应用,建立了可视化、可量化、可控化三大关键支撑技术系列,大大提升了精准外科的确定性、预见性、可控性,显著提高了复杂疑难肝脏疾病的外科治疗效果,惠及千万病患,并推动了当代外科范式的革新与转变。

2016年,应美国外科学会和欧洲外科学会主席的邀请,董家鸿主刀并全程14小时不间断直播了体外肝切除这一最高难度的肝脏手术。在智慧科技的支撑下,实现了最大化病灶清除、最优化肝脏保护和最小化损伤侵袭的精准外科目标,向世界展示了我国领先的外科技术。

直播体外肝切除手术

THIS革新了健康科技创新范式,也提升了医院精益管理水平。“我们计划通过THIS的集成应用打造出具有中国特色的区域整合式分级诊疗体系,为居民提供集预防、诊疗、康复、慢病管理为一体的基层健康医疗服务。”董家鸿说。

他认为,智慧医疗的最优化体系应该是以大数据、人工智能、物联网等核心支撑技术为基础,通过在智慧医疗、智慧服务、智慧管理和智慧科教的创新应用,发挥智慧健康医疗价值,最终达到全民最优化健康照护的目标。

展望智慧医疗与全球健康的未来,董家鸿表示,清华医学人将致力于夯实“基础研究、医工结合、产业转化、生态体系”四大基石,构筑“智慧医疗、智慧医教、智慧医研”三大支柱,在“基层医疗、重大疾病”两个重大方向上取得突破,为健康中国和人类命运共同体贡献清华智慧。

对话交流 思想碰撞

主题演讲后,四位资深专家学者在科技创新“四个面向”重点领域,分享了他们的精彩观点。在接下来的论坛对话环节,清华大学电子工程系教授,校学术委员会副主任黄翊东与嘉宾们一同,围绕原始创新、产学研融合、开放合作、人才培养等话题,解读大学如何通过创新服务国家发展,承担起引领科技发展方向、推动社会文明进步、增进人类共同福祉的重要使命。

Q1.如何从跨学科交叉前沿研究中开启思路,实现0-1原始创新?

李亚栋:基础研究是科技创新的源头。作为一个有品位的科学家,首先要有敏锐的洞察力,能提出真正有意义的科学问题,善于从前沿交叉中汲取营养,这就是取得重大科研成果的有效策略。

王小云:前沿技术的进步特别是突破离不开基础研究的原始创新,基础研究如果以寻求前沿技术突破为驱动力则会走得更深更远更有实际意义。一项重大的前沿技术突破往往需要多年的基础研究原始创新积累与融合。

Q2.如何在产学研融合发展中推进关键技术创新,服务经济社会发展?

张作义:在一所顶尖大学中,核能领域布局的重大创新平台,要成为变革性技术创新的力量,成为多学科协同攻坚的平台,成为面向国家重大发展领域接力输送优秀人才的桥梁。清华要做且能够实现重大颠覆性创新,这是清华的使命和机遇使然。

董家鸿:清华医科作为一个年轻的学科,要通过跨领域多学科的融合来推动自身的快速发展。在医研融合方面,“医”是科技创新的源泉,“研”是驱动临床研究发展的动力。医研融合才能良性、高效地推动医疗技术的创新发展,探索一条具有国际水准、中国特色、清华风格的卓越医学创新体系发展道路。

Q3.如何在国际科技竞争中保持开放合作,为科技发展和文明进步贡献中国力量?

王小云:加强国际合作交流是极为重要的。做国际一流的科研不仅是对中国的贡献,更是对国际社会的贡献。给科学家更多选择重大研究课题的空间与自由,也是科技创新的一个重要方式。

董家鸿:我们生活在同一个世界,都有同一个健康的梦想。我们希望在清华临床医学发展的历程当中,以国际化为重要的发展战略,高起点、高速度地推动临床医学的发展。

Q4.怎样引导年轻人培养创新思维,形成创新习惯,产生创新成果?

李亚栋:作为一名清华的老师,我非常有幸碰到了许多优秀的学生,教学相长,互相成就。坚守“大学精神”——创造精神、批判精神、社会关怀精神,培养学生独立思考的能力和习惯,学术上鼓励大家平等、自由、开放,不墨守成规,秉承清华“独立之精神,自由之思想”的学术品格,心怀感恩之心、敬畏之心,求真务实,追求真理。

张作义:清华大学过去一直被称为“红色工程师的摇篮”。在新时代,清华应当着力培养在中华民族伟大复兴进程中建功立业的一批总设计师或工程领军人才。要真正做到价值塑造、能力培养、知识传授,还要提供一个真刀真枪的实战环境,这对培养面向经济建设主战场的工程领军人才非常有用。

Q5.如何面向国家需求,全面提升高校科技创新能力?

李亚栋:大学是创新思想的发源地,大学是培养创新人才的摇篮。杰出的人才需要在平等自由、开放合作、友好竞争的氛围和环境中成长。实事求是、敢为人先,自强不息、厚德载物,清华正在朝着这样的目标迈进。

张作义:要坚持“三个一”,也就是高举一面旗帜、锻造一支团队、传承一种文化。一面旗帜是高举充当变革性创新力量、面向经济建设主战场的旗帜。一支团队是开展有组织科研,锻造了一支能够开展基础和前沿研究、具备变革性创新能力的团队。一种文化是指秉持清华校训,形成了独具特色的“知难而进,众志成城”的“200号”文化。

王小云:世界一流大学应具备培养世界一流科学家的能力,具备吸纳一流科学家的胸怀与魅力,拥有世界一流的学科平台和学术团队;要培养学生具备解决基础科学问题的能力,以及从实际需求中提炼关键科学问题的能力;要有服务于产业界的能力,敢于推行破除“四唯”的学术评价体系;当然也要求大学有一流的管理能力。

董家鸿:健康医疗作为大学创新体系的重要组成部分。清华大学具有综合学科的实力和理工学科的领先优势,要以清华组织化科研的传统,整合多学科学术资源优势,聚焦重大疾病的防控和健康科技重大问题,创新体制机制,不断取得新的突破,为人类医学事业的发展作出清华应有的贡献。

论坛现场

副校长尤政、郑力也来到论坛现场,与在场的五百余名师生校友共同聆听了“大学·创新”论坛。本次论坛还通过学校官方中英文社媒矩阵,人民日报客户端、新华网、中国网等平台直播,吸引126余万人次在线观看。

为自强创新的清华人点赞

在聆听了这场“干货”满满的论坛报告后,行健书院2020级本科生袭润昊说有感而发:“今天的论坛给予了我关于创新的很多答案,创新于不断求知中得以挖掘,于学科交叉之中得以促进,于产学研结合中得以应用推广。处在世界大变局下的清华学生,也定会以创新之力服务国家发展。”

机械系2020级直博生尚鹏程说,几位嘉宾向我们展示了真正的研究者所应该做的事——引领科技发展方向,通过创新推动国家发展和社会进步,进而增进整个人类社会的福祉。不管今后的我们处在研究生涯的什么阶段,是顺风顺水还是陷入瓶颈,都将坚守初心,把论文写在祖国大地上。

自强成就卓越,创新塑造未来。清华人正以自强的精神底色,矢志不移推进自主创新,在国家社会发展的进程中,留下一道道自强不息的奋斗身影。

“顶天、立地、树人”是清华一以贯之的科研宗旨。面对当今世界新一轮科技革命、产业变革和社会转型,站在110岁的年轮上,清华大学举旗定向、久久为功,坚持“四个面向”,打造战略科技力量,在服务国家的伟大进程中成就一流的高度!

(清华新闻网4月14日电)

摄影:张晓峪 李宙

素材来源:科研院

编辑:李晨晖

审核:吕婷

专题链接:
2021年04月14日 16:09:51  清华新闻网

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