革命性的技術需要從0到1的創(chuàng)新突破。


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來源 | i黑馬

科技創(chuàng)新成為實現(xiàn)高質量發(fā)展的“先手棋”，重塑產業(yè)形態(tài)的“動力源”。7月29日，以“走進懷柔，走近科學”為主題的2023黑馬科創(chuàng)高峰論壇暨懷柔黑馬科創(chuàng)產業(yè)加速器4期開營儀式在懷柔科學城舉辦。

中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長、中國科學院大學講席教授、佐治亞理工學院終身校董事講席教授王中林院士出席現(xiàn)場并發(fā)表演講。

以下為王中林演講整理（有刪改）：

我歷來認為基礎研究有極大貢獻，第一是科學原創(chuàng)，沒有基礎研究就沒有重大原創(chuàng)；第二，沒有基礎研究培養(yǎng)不出扎扎實實的科學家；第三個，沒有基礎研究我們的教育是有缺陷的。

我們作為科學家，作為創(chuàng)新力量，一定不能短見，一定要做長期的準備，國家科研單位一定要有這種思維，否則后面總是趕，就總是要解決“卡脖子”的問題。

今天我講一下原創(chuàng)科學。

什么叫原創(chuàng)科學？我們經常講創(chuàng)造，但我們不知道什么叫原創(chuàng)，最多講所謂的改進，lncremental and wise，不是Resolution and wise。

0到1的發(fā)展是什么樣的發(fā)展？工業(yè)革命的瓦特，在18世紀建造了第一個蒸汽機，而后經過幾十年的改進，大型蒸汽機開始驅動火車。發(fā)展到現(xiàn)在最先進的發(fā)動機，都是我們基于他原創(chuàng)的想法。瓦特不是科學家，他是工程師，他把原先的設計改進以后，大大提高了效率，使這個原理延續(xù)到今天，而且是第一次工業(yè)革命機器代替手的開始，這就是偉大的從0到1的發(fā)明。

再講到電力，1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁的關系，提出了電磁感應現(xiàn)象。但當時大家都不認可，法拉第給人做科普演講，別人都質疑這個有什么用。他提出的第一個發(fā)電機是1832年，但直到70年以后第一個商用的交流發(fā)電機才面向市場。

這些例子都說明我們做的事絕大部分都不是原創(chuàng)，盡管叫做創(chuàng)造，但至少不是大的原創(chuàng)。那怎么能夠找到自己的原創(chuàng)？

比如DNA的發(fā)現(xiàn)。當時劍橋大學有兩位科學家在研究DNA的結構，最右邊是X光衍射，根據(jù)這個可以判斷出來雙螺旋結構。當時他倆發(fā)表了1頁半紙的文章，就奠定了近代生物的很多基礎?，F(xiàn)在這個模型在劍橋大學博物館里面，第一個DNA模型也是他倆做的，這就是原創(chuàng)。

世界上第一個奔馳車是什么樣子？當時造出來的時候跑得速度都沒有馬快，是只有喇叭不響，其他地方都響的車。但它是一個新生事物的誕生，發(fā)展到今天所有人都在使用，這就是0到1。

如何產生0到1的想法？二十年前我就開始思考，世界未來一定會面臨能源危機，我們有大能源的需求，也有微小能源的需求。大能源我們做不了，電網、水利我更做不了，但我可以做微納能源。

你想要做，但怎么做才是最重要的，所以我們帶著學生不斷的探索。2011年我們發(fā)現(xiàn)了一種方法，就是借助器件可以把機械功轉為電功。發(fā)明出來以后，當時的文章發(fā)表卻遭到拒絕，不被承認、屢屢被批。我實在沒有辦法了，最后只能把文章發(fā)在剛創(chuàng)刊的期刊上，到現(xiàn)在已經被引用4000多次。但這不是最主要的成就，最主要的是它革命性的技術。

對比1831年法拉第發(fā)明電磁感應定律，和我們發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機，這兩個為什么不一樣？電磁發(fā)電機是要轉得快，因為它輸出的功率是頻率的平方，我們的輸出功率是頻率的一次方，從數(shù)學角度講一個是線性關系，一個是二次性關系，電磁感應定律只有頻率高的時候效率才高，頻率低的時候它就不行，而我們的技術雖然轉得慢，但輸出高，所以在低頻、低幅度下，它的效率遠高于電磁發(fā)電機。

這就是我們的發(fā)明，這個發(fā)明以后有它的技術優(yōu)勢和強大生命力，但用在哪里？

熱力學有三大定理，第一大定理就是能量守衡，煤都燒了，熱到了哪里？在環(huán)境中。我們的房冷是為什么？因為我們有空調，局部制冷。第二定律，熵在封閉的空間里面只能增加、不能減小。我們的能源也是，煤、油燒了，擴散到環(huán)境中，到最后是趨于熱平衡。所以能源一旦散發(fā)到環(huán)境中，它的再利用幾乎已是不可能，這叫熵。比如你把煤燒了，再把熱收回來就很難，能源的二次利用率非常低。那我們是怎么做這個事？就是我們要逆熵增而行。怎么逆熵？就要用到我們發(fā)明的這個方法。

這個方法有什么優(yōu)勢？選材不限，絕大部分的材料都可以用來做，這意味著應用范圍不限。在我們研究所的帶領下，我國已經處在全球納米能源引領的地位。這個發(fā)明是2012年發(fā)表的，伴隨研究所的成長，這個領域也做大了?，F(xiàn)在文章專利在全球是遙遙領先，這叫做原創(chuàng)+引領。

那0到1的原創(chuàng)研究怎么變成產業(yè)？系統(tǒng)是一個集成。那怎么集成？我們首先申請了400多項發(fā)明專利、40多項國際專利，針對未來發(fā)展已經打好了基礎。

舉的第一個例子是健康醫(yī)療，我們的產品已經用在了康復器械上，比如機器人關節(jié)控制，因為它輕、耗能小，所以就有優(yōu)勢。還有心臟起搏器的自驅動，我從2005年就開始思考這個事，2009年開始做。2019年，首次利用微小紙片厚度、3厘米長、2厘米寬紙的發(fā)電機，貼在內胸脯上實現(xiàn)了心臟起搏器的自驅動。這是全球首創(chuàng)，為這個目標我們奮斗了11年，才打開了我國植入生物器件的大門，也對很多產業(yè)產生了影響，與很多醫(yī)院合作推動了產業(yè)化。

再舉一個例子，基礎設施監(jiān)測。每家都有水管、氣管、油管，它們的流量、流速、PH值、渾濁度、化學成分能不能實現(xiàn)自驅動？畢竟水流就是能量。目前，我們已經開發(fā)出商用化的全自驅動，不需要換電池，裝上就行了，已經逐步實現(xiàn)了從密云水庫到北京的水質監(jiān)測。還有環(huán)?？諝鈨艋?，無耗材、無臭氧過濾器，目前北京十號線、國賓館都已經用到了我們的產品，這就是從0到1。

我今天講“從原創(chuàng)到產業(yè)”，原創(chuàng)就在懷柔、就在我們身邊，就看我們支不支持。我們不要天天喊口號，真金白銀才是真的。

實現(xiàn)未來的方法是去創(chuàng)造未來，不要天天空想、喊口號，沒有用，也發(fā)明不了重要的產品。我們提出納米發(fā)電機、微納能源、自驅動傳感（藍色能源），是基于壓電電子學、壓電光電子學的第三代半導體這兩個原創(chuàng)科學，科學是沒有國界的，方程組是沒有國界的，但技術有?？茖W是人類共享的，我們希望能夠在懷柔這片沃土上，在創(chuàng)業(yè)黑馬學員努力下實現(xiàn)這些價值，希望未來可以為國家做更多的事情。

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