陶光明：60根「硬骨頭」支撐著我國科學技術的原始積累
不久前，中國科學技術協會（簡稱：中國科協）發布了2018年60個重大科學問題和工程技術難題，被稱作「我國科技領域真正的『硬骨頭』」。有關中國科技的未來，再一次引起全民關注。
33歲的陶光明，是華中科技大學武漢光電國家研究中心和光學與電子信息學院教授、博士生導師、中組部國家「千人計劃」青年專家，他也是這次60個問題的初選評審專家。
他說：「科技並不能僅滿足於研究者的好奇心，不能為了做新技術而去做新技術。所以做科研，除了考慮功能，還應考慮人文因素，關心使用者的感受。」
60個難題個個都是「硬骨頭」
在第20屆中國科協年會閉幕式上，中國科協副主席、國際宇航科學院院士李洪受邀發布了2018年60個重大科學問題和工程技術難題，涉及數理化基礎科學、信息科技、智能製造、生命科學、先進材料、能源環境、農業科技、公共安全、交通運輸、空天科技、地球科學、醫學與健康等12個學科及技術領域。李洪並特別說明：「這些問題代表了我國科技領域真正的『硬骨頭』。」
怎麼把「硬骨頭」甄選出來？700多位科技工作者參與撰寫，1142位專家學者參與推薦，2142名科研一線科學家參與初選，54名學科領軍專家參與複選，33名院士專家參與終選。而中國科協，是中國科學技術工作者的群眾組織，這60根「硬骨頭」，比較集中地反映了一線科技工作者所關注的科學熱點和技術難點問題。
一口氣發布了60個重大科學問題和工程技術難題，如此隆重，前所未有。陶光明是參與初選的一線科學家之一，他解釋，「這60個問題是按問題導向和需求導向來劃分的，而並不是按照傳統學科的分類」。
「這60個問題里的每個問題都涉及到方方面面，不是單一學科能去解決的，這需要眾多學科群策群力。」他打了個比方：「這就像蓋房子，不僅需要磚頭、水泥、鋼筋等，還需要建築結構設計、能源系統管理等。科研工作者大都集中在某個具體的領域做比較深入的研究工作。而問題與問題之間，也是可以交叉的，可能一個領域的某一難關攻克了，可以同時服務於多個領域。比如我研究特種光纖、先進功能纖維以及基於纖維的微納米製造技術，可以應用到光電信息和新材料領域，也可以應用到微納製造、智能穿戴、大眾健康科技等領域。」
科學技術是硬通貨「科協這次發布，是供給社會各界和科技工作者們的參考指南，更大的意義在於科普，在於傳輸科學價值，讓整個社會儘可能地理解科學和技術的演化、推動和進步。」陶光明解讀，在他這樣的一線科學家看來，科普的意義非常重大。「可能單獨發布一兩個不會反響這麼大，一口氣發布60個就不一樣了。這說明大眾越來越關心和理解科學了，除了所謂的商業模式創新，公眾越來越意識到，科學技術的原始積累是極其重要的。」他說道，「科學技術是硬通貨」。
作為一線科學家，工作內容是精深的，工作節奏是忙碌的。陶光明以前認為，有限的時間應該多花在具體的科研項目上，而不是優先向公眾去解釋在研究什麼、為什麼要研究、研究到了什麼程度。學術獨立之後的科研體驗讓他現在對科普有了更深刻的認識，「讓大眾能夠理解科研是什麼，科學家們在做什麼，他們就不會排斥讓孩子去選擇這個事業，這很重要。我們也會去中學，跟孩子們做科普。我們有義務向大眾介紹我們的科研，尤其是希望孩子們也理解科研對國家的重要性，這對整個國家的科研工作和高科技新興產業都是極為重要的。讓更多人才參與其中，吸引得了人，留得住人，科研和實業的土壤和未來就有了」。
理解多了，誤解便會消弭。「網上有時候會用調侃的方式討論科技問題，大家調侃歸調侃，無傷大雅。」陶光明打趣，轉而又嚴肅地說：「但我們現在需要再次強調科學技術對我國社會發展和提高國際競爭力的重要性，不能讓大眾誤解科學技術，更不能把偽科學當成科學，那不是正常的社會生態。」
科學思維就是從尋常中看到不尋常，在不可能里探索可能
33歲的教授博導，1985年出生的陶光明，有著「學霸大概就是這樣」的簡歷。他的本科、碩士和博士，分別畢業於山東大學、復旦大學和美國三大光學中心之一的中佛羅里達大學光學與光電子學院（CREOL）。在海外攻讀博士期間，他獲得過多次榮譽，比如「2013年度國家優秀自費留學生獎學金」的「特別優秀獎」，該年度全球共有518名獲獎者，但其中「特別優秀獎」僅有6名。
在華中科技大學見到這位年輕的一線「海歸」科研工作者，他並不是一個「科學怪人」，工作室窗明几淨，還擺放著咖啡機，飄著咖啡香，一如所有在意生活品質的年輕人。亮相學術會議時，陶光明總是妥帖的襯衫西裝作正式打扮，而在工作室，他T恤、牛仔褲、運動鞋，幾個學生到工作室向他請教問題，一時之間，教授和學生的外表差異，竟變得模糊起來。
他也並不像常規印象里一臉嚴肅的教授，談到國際科學研究的前沿，會壓抑不住興奮地感慨「很厲害的」，解釋專業而複雜的科學問題，偶爾還會拿時髦的口紅色號和女生買包來作比，不失幽默。一個半年只休息了一天的人，你卻在他身上看不到疲憊，整個人的狀態極為興奮，講到那些依託科技而實現的可能，眼中閃著光，那是真切地樂在其中。
這或許反映了一部分國內青年科學家的狀態，他們在科研中奮進，也在科研之外釋放個性。
科學家的「異想」將手機和電腦「穿」在身上
讀＋：您所研究的特種光纖、基於纖維的納米技術以及先進功能纖維等，目前在全球處於怎樣的水平？
陶光明：基於織物、基於功能纖維的智能可穿戴，是非常前沿的跨界科學研究。國家的科技部和基金委等相關部門都非常支持以需求和問題為牽引的跨界科技創新平台。在國際上，我們的研究也比較前沿。我們在《Nature》（英國《自然》雜誌，學術界享有盛譽的國際綜合性科學周刊，以報道科學世界中的重大發現、重要突破為使命，要求科研成果新穎）發表過兩次論文，還獲得了國際知名投資巨頭和國際上行業領軍企業的關注和支持。我前段時間剛剛受邀訪問了位於比利時布魯塞爾的歐盟研究理事會（ERC）總部，並彙報了我在基於纖維的智能穿戴設備領域的一些想法。ERC是歐盟「地平線2020」創新計劃中面向全世界頂級的科學工作者的前沿科學支持項目機構，以重點項目和單個項目資助金額最大著稱。
讀＋：智能可穿戴究竟離我們有多遠？
陶光明：市面上流行的智能手錶，就是一種可穿戴設備。但在用戶眼中，可能使用起來的舒適感還需進一步增強，佩戴會額外增加人的負擔。谷歌眼鏡（具有和智能手機一樣的功能，可以通過聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向，還可上網、處理文字信息和電子郵件等。）也是一種可穿戴設備。這是很優秀的科技作品，但也可能讓佩戴者有不習慣的感覺。
把大家武裝成「科學怪人」的模樣，那有違常規，服務人的科技要「invisible」（不可見）。科技並不能僅滿足於研究者的好奇心，不能為了做新技術而去做新技術。所以，做科研，除了考慮功能，還應考慮人文因素，關心使用者的感受，儘可能想得更全面。如果大眾不接受某一款新的高科技產品，技術做得再好也難以為繼。
讀＋：但科技不是應該領先一步，為未來而設計嗎？陶光明：科技同時也需要腳踏實地。我們經常說的「頂天立地」就是講的這個道理，既要有長遠的視野，又要可持續性的發展。科技史上有很多正面或反面的例子。科技最終是要能夠服務於人，能夠服務於一個或者多個具有不同文化的社會環境。科研工作者要做好基礎研究與服務社會的橋樑工作。
讀
您研究的基於功能纖維的智能可穿戴，您的
設想是如何服務人？
陶光明：對於信息類科學，我們更關心的是，人如何更準確地讀取自身信息，以及人跟外界信息的交換和對外部世界的操控。
比如，當人自己能夠感受到不舒適時，往往為時已晚，因為常規的自我感知能力可能不夠敏銳，我們想用飛速發展的信息技術幫助人們更早、更準確地探測和讀取身體信息。這可應用到醫學的健康監測，還可應用到特定行業，比如運動員、飛機駕駛員的實時身體狀況評估。再比如，我想操控一個簡單的電子設備，如何實現？（讀＋：遙控器？）我們認為遙控器還是太麻煩。如果通過每個人都需要穿的衣服就能操控，那是不是更便捷了？ 在我們的設想中，衣服完全可以取代很多儀器，直接作為人機信息交互的界面。新材料和工藝會不斷地刷新器件的微小程度和功能的多樣性，未來，我們有可能將手機或者電腦變成日常穿著衣服的一部分。
我們希望實現的智能可穿戴，並非普通織物，而是用濃縮科學智慧的強大功能纖維織成衣物，這不會像手錶、眼鏡一樣額外增加穿戴要求，更好地提高了人的舒適度。通過一件日常的衣服作為感知觸角，幫助人去更好地理解自己的身體、更好地理解和適應這個世界。
科學家的思維將信息像絲線一樣編織存儲
讀＋：您正在組建的先進功能纖維實驗室(Tao Lab)，主要是研究智能可穿戴嗎？
陶光明：這只是其中的一個方向。以先進功能纖維為載體，做好這個核心元件，應用是方方面面的，可以服務各行各業。
比如，我們也可以讓先進功能纖維來傳輸中紅外激光以方便人們更好的操控和利用激光，尤其是二氧化碳氣體激光器。這類激光器是目前FDA（美國食品葯監局）唯一批准可用於為外科手術的激光器，同時也是絕大多數的先進位造領域都需要的激光器。對於我們來說，這就是科學解決問題，科學服務人。
讀＋：我們也很好奇，科學家看待世界的思維方式是怎樣的？
陶光明：作為一線科研的工作者，是從最基本的物理層面去認識和理解這個世界。所謂光纖，其實是一種具有極高純度的玻璃絲。而玻璃，其實是從自然界的沙子里提煉出來的，最重要的半導體材料硅也是以沙子作為原料的。還有蠶絲，你想像一下，蘇杭的真絲圍巾、旗袍，其實都可以變成防彈衣。同樣的厚度，改性後的蠶絲防彈衣比不鏽鋼還堅固。此類新型材料還可以被視為一種新型的信息材料。
很多常規觀念里看似不那麼「高大上」的東西，其實只是高科技的層面尚未被挖掘出來。物質世界都是客觀的，只看科學能不能挖掘和利用好。這就是一種思維方式。
再舉一個有趣的例子：在上世紀60年代，阿波羅登月計劃中有一個非常有意思的插曲。那個年代並沒有現在的信息存儲技術。當飛船運行到月球背面時，無法實現與地球的直接通信，探索可在外太空使用的信息存儲技術不可或缺，這關乎飛船能否按照計劃飛行。當時，信息的存儲主要依靠磁條和打孔紙帶，然而在複雜的外太空環境下，它們可能隨時會被破壞。後來，科學家們從紡織女工那裡獲得了靈感，選擇了磁環和電纜。比如說，當電纜穿過磁環的時候，可以代表二進位的信號「1」，而當不穿過磁環的時候，代表信號「0」。控制阿波羅飛船的導航軟體，就是靠這麼原始的方法，由大量女工一點點地「編織」了出來。你可以想像一下，這樣編織出來的存儲器的存儲密度。每立方米大約只有2.5兆！ 也就是說，你用現如今的智能手機拍一張自拍，所需要的存儲容量可能已經大於阿波羅登月項目中一立方米存儲器的容量。但就是這個編織出來的程序，最後成功地把宇航員帶到了月球，又安全帶回了家。
從尋常中看到不尋常，在不可能里探索可能，我想，這就是科學家的思維。
認識中國的科學水平差距是客觀存在的，進步是看得到的
讀＋：中興事件引起了各方討論，中國的科技被扼住咽喉，《科技日報》總編輯劉亞東最近在科學傳播沙龍上有個發言，他說，改革開放40年來，中國的科學技術取得了長足進步，但仍有看得見、摸得著的巨大差距，認為中國的經濟實力、科技實力很快跟美國平起平坐是一種盲目自信。作為一線科研工作者，您覺得中國科技水平總體處於怎樣的水準？
陶光明：宏觀上的差距是客觀存在的，但進步也是看得到的，這個進步是一線工作者集體努力拚出來的結果。這是需要正視的事實。
這個差距，不僅僅是在科研領域，可能更需要方方面面的努力，科研工作者不是獨立在社會之外。舉個我有切身感受的例子，我們在設計研發設備的時候遇到了一些意想不到的困難。比如，研發設備需要多個不同的專業公司來配合，包括優秀的設計公司、材料公司和機械加工公司等。然而，第一，具有特定技術的公司難尋，第二，不同的公司間配合協調和技術保護機制還有待完善。這導致我們需要花費更多的時間和精力來推進工作。
讀＋：自己研發設備的情況多嗎？
陶光明：在儀器和設備上的創新往往可以帶來科學研究的突破。在國外這極為正常，而且一流科學家都非常倡導。現在，越來越多的國內科研工作者也形成了這樣的共識。從源頭設備做起，不僅是為了自主科研過程中使用起來更靈活便捷，更大的重要性，在於能夠把所有研發都牢牢掌握在自己手上，解決核心研發問題。剛剛說到中興晶元，我的理解是除了關鍵的人才隊伍的培養，技術和工藝的長期積累和不斷的創新，材料和設備也是核心的決定性因素之一。
科學發展難題在於如何取長補短地跨學科研究
讀＋：回到科協發布的60個難題，對於中國科學界來說，如何攻克這些難題？
陶光明：科協發布的這60個問題很好，但這裡面的每一個問題，都沒有單一學科能夠解決。沒有全知全能的學科，也不存在全知全能的個人。真正實踐學科的交叉和融合，遠比想像中困難。領域之間的鴻溝很大，知識結構可能具有不對稱性，每位科研工作者所專攻的術業可能天差地別，這都是客觀存在的問題。
尺有所短寸有所長，最理想的狀態是，在合作過程中，大家取長補短，認真學習彼此的領域，互相覺得對方的知識是自己所急需的。跨學科的科研工作目前面臨的難題，很大程度是由於不同背景的參與者對彼此的認識還不夠，沒有真正理解彼此的需求和想法。
讀＋：還有一個爭議是認為國內科研論文增多了，但真正的科研水平提高還不夠，這是外界的誤讀嗎？
陶光明：中國的科研實力在急劇增長，這是事實，而且趨勢在越變越好，有些領域的研究在國際上是靠前的，甚至特定的研究方向可能在領跑。更多願意做實事的人在努力，我本人對宏觀環境和特定的微觀環境還是持樂觀態度的。
受到批評之處，問題肯定存在，但這些問題大都並不只是中國存在，是普遍性的。中國目前當然還有不足，但中國變化的速度很快。
我們正視問題，不迴避它們，我們也希望大眾能越來越了解科研工作，科學技術的發展其實跟每個人都有關係。
長江日報記者黃亞婷
