□ 王 涵

王鵬

當(dāng)前，世界科技和產(chǎn)業(yè)格局正在孕育新一輪變革。大數(shù)據(jù)、智能制造和無線網(wǎng)絡(luò)的重大發(fā)展，使得科學(xué)社會化和社會科學(xué)化的趨勢日益明顯，大科學(xué)時代已來臨。

在此背景下，北京航空航天大學(xué)（以下簡稱“北航”）瞄準(zhǔn)國家戰(zhàn)略需求和國際科學(xué)前沿，以人才培養(yǎng)為根本，以科技創(chuàng)新為目標(biāo)，以國際視野為抓手，開展了“面向世界，根植中國”的一系列辦學(xué)探索，2012年成立的北航國際交叉科學(xué)研究院就是這些探索中的一部分。堅持學(xué)術(shù)至上的研究理念，立足國際學(xué)術(shù)前沿，瞄準(zhǔn)未來科技發(fā)展趨勢，打破傳統(tǒng)的院系設(shè)置與學(xué)科劃分局限。目前，研究院已匯聚了一大批國內(nèi)外頂尖科研人才，王鵬教授就是其中一位。2013年以“青年千人計劃”加入國際交叉科學(xué)研究院的他，現(xiàn)已成長為這支專兼結(jié)合的國際化科研隊伍中的骨干力量。

國外闖蕩 與交叉研究結(jié)緣

2013年回國前，王鵬在美國太平洋西北國家實(shí)驗室任職研究員，算上之前的求學(xué)和工作，他在國外已度過了11個年頭。

談起自己的求學(xué)背景，他用“復(fù)雜”二字形容。2000年進(jìn)入北航計算機(jī)科學(xué)與工程專業(yè)攻讀本科學(xué)位，在兩年后偶然獲得了著名中國專家李約瑟博士的母?！鳲undle公學(xué)的教學(xué)機(jī)會，在國外闖蕩的歷程由此開啟。

在Oundle工作結(jié)束后，王鵬考取了歷史悠久的英國杜倫大學(xué)工程學(xué)院，開始了4年本碩連讀的學(xué)習(xí)時光。由于杜倫大學(xué)工程學(xué)院采取通識教育，所有大一大二的本科生不僅需要學(xué)習(xí)土木、電子、控制、電力、固體力學(xué)、流體力學(xué)、動力等所有工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識，還要掌握管理、施工等實(shí)際領(lǐng)域的基本概念，同時，也要在法語、德語、西班牙語、日語中選取一門作為日常溝通語言，這4年的學(xué)習(xí)和歷練為王鵬后來從事國際化的多學(xué)科交叉研究打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

杜倫大學(xué)工程學(xué)院也大力鼓勵國際交流，2005年9月，王鵬被學(xué)院選為交換生，赴美國加州大學(xué)開展為期一年的交流學(xué)習(xí)。在此期間，授課教授豐富的學(xué)識及全面的交叉研究背景對他觸動很大，這直接影響了王鵬日后對研究方向的選擇。

“我的多位老師都是數(shù)學(xué)、力學(xué)背景出身，但是這并不妨礙他們開拓多元化的研究領(lǐng)域。在美國交換的這一年，我發(fā)現(xiàn)不管是物理、地質(zhì)、能源、環(huán)境的問題，其核心問題最終都可以歸結(jié)為數(shù)學(xué)問題。所以攻讀博士時我選擇了計算科學(xué)，希望能學(xué)習(xí)更多數(shù)學(xué)手段，去解決更多學(xué)術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際問題?！蓖貔i說。

在攻讀博士時，王鵬主要研究方向是不確定性量化，并在老師的帶領(lǐng)下，以環(huán)境領(lǐng)域的問題為切入點(diǎn)，自主改進(jìn)了不確定性量化數(shù)學(xué)方法中的PDF方法，并在此基礎(chǔ)上提出了CDF方法，從概率分析角度解決了前人未曾順利解決的若干隨機(jī)方程求解問題。博士畢業(yè)后，他來到美國能源部太平洋西北國家實(shí)驗室的計算數(shù)學(xué)組繼續(xù)深造，參與到能源部智能電網(wǎng)的研究工作中。也正是在這里的工作使他更進(jìn)一步地認(rèn)識到，諸如PDF/CDF方法這一類以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的信息類研究方法在解決諸多工程技術(shù)問題中能發(fā)揮意想不到的作用，作為用于量化、預(yù)測人工/自然系統(tǒng)狀態(tài)的工具，在新材料、可再生能源、航空設(shè)計、生物醫(yī)學(xué)、大氣建模、地下油氣勘探、環(huán)境保護(hù)、軟件系統(tǒng)設(shè)計、自動化控制、工業(yè)加工和生產(chǎn)等諸多新興和傳統(tǒng)科技領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。

同時他也意識到，雖然不確定性量化近年來已經(jīng)成為應(yīng)用數(shù)學(xué)和計算數(shù)學(xué)最為活躍的研究領(lǐng)域之一，但是在當(dāng)時的中國，這一方向的研究還相對滯后，很多工作還未開展，于是歸國的念頭開始在他心里萌生?！皬?002年出國，我在國外呆了11年，親眼見證了國家影響力的變遷，無論是整體的國力還是單純的科研實(shí)力，中國一直處于上升的態(tài)勢。伴隨著中國綜合國力的發(fā)展及高精尖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我應(yīng)該將自己所積累的各方面知識帶回祖國，將它們用在更能發(fā)揮作用的地方，助推國家知識經(jīng)濟(jì)升級，也幫助更多像我一樣的青年人出國深造，學(xué)習(xí)西方先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)與管理經(jīng)驗，報效祖國?！蓖貔i告訴記者。

為接受更多的挑戰(zhàn)，擁抱更多的可能，王鵬在入選中組部第十批“千人計劃”的青年項目后，毅然放棄了美國能源部太平洋西北國家實(shí)驗室的研究員工作，踏上了歸國之路。

交叉研究 學(xué)科發(fā)展之必然

母校北航是王鵬歸國的第一選擇。當(dāng)時，時任北航校長的懷進(jìn)鵬院士非常支持這些從海外歸來的學(xué)子?！鞍殡S著高等教育的國際化及國際科學(xué)研究的協(xié)同化發(fā)展，懷院士做校長后專門成立了國際交叉學(xué)院，大力引進(jìn)留學(xué)人員歸國，組建交叉研究的團(tuán)隊。這不僅在人事管理上為歸國人員解決了問題，更將不同領(lǐng)域、不同知識背景的人聚在了一起，大家在交流之中，碰撞出了思想的火花，也聊出了我正在做的項目?！蓖貔i告訴記者。

這個項目就是科技部原“973”項目、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“材料基因工程關(guān)鍵技術(shù)與支撐平臺”的重點(diǎn)專項“高通量自動流程材料集成計算算法與軟件及其在先進(jìn)存儲材料中的應(yīng)用”，這是王鵬與國際交叉學(xué)院的孫志梅教授在材料領(lǐng)域的共同合作項目。談起項目的申請過程，王鵬說道：“孫老師屬于材料學(xué)院，我屬于數(shù)學(xué)學(xué)院，但同時我們又都屬于交叉學(xué)院，經(jīng)常在一起交流。在此過程中，她發(fā)現(xiàn)我做的很多數(shù)學(xué)方法對材料信息領(lǐng)域諸多實(shí)際問題的解決有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義，不僅可以通過更快、更精確的計算方法替代部分現(xiàn)有的材料實(shí)驗，也可以對相應(yīng)結(jié)果的可靠性作出較好地量化、指導(dǎo)實(shí)驗，能大量降低研發(fā)成本和周期，雙方有很大的學(xué)術(shù)合作空間。可能也是因為我以前從事過交叉研究，而孫老師在計算科學(xué)領(lǐng)域也有很深的造詣，雙方溝通起來很順暢，可以說是一拍即合，在2017年時成功申請到了這個材料與信息領(lǐng)域的交叉項目?！?/p>

作為項目的第二課題負(fù)責(zé)人，王鵬負(fù)責(zé)“高通量材料數(shù)據(jù)管理、可靠性分析與智能學(xué)習(xí)”的研究工作，聯(lián)合中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心和中南大學(xué)，針對國家急需解決的芯片問題，以相變/阻變存儲材料為切入點(diǎn)，圍繞實(shí)現(xiàn)兩個“一半”（研發(fā)周期縮短一半，研發(fā)成本降低一半）、構(gòu)建三大平臺（高通量計算平臺、高通量實(shí)驗平臺、數(shù)據(jù)庫平臺）的戰(zhàn)略目標(biāo)，旨在建立相關(guān)材料的計算數(shù)據(jù)與實(shí)驗數(shù)據(jù)庫，并開發(fā)面向新材料性能預(yù)測、具有共性的集成化大數(shù)據(jù)處理與智能學(xué)習(xí)模式，協(xié)助其他兩個課題的計算材料團(tuán)隊及實(shí)驗團(tuán)隊最終實(shí)現(xiàn)存儲材料從原子到器件的全流程集成設(shè)計與制備。

2017年，通過與材料領(lǐng)域老師和同學(xué)們的深入合作，王鵬的課題組已經(jīng)在材料力學(xué)性質(zhì)預(yù)測、熱力學(xué)相圖構(gòu)建、靶材制備（粉末冶金）和器材疲勞預(yù)測等領(lǐng)域取得了重大突破，不僅在基礎(chǔ)理論上提出并驗證了一系列全新的共性算法，也在實(shí)際操作上開始了相關(guān)軟件的編寫，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，以期協(xié)助材料專家發(fā)現(xiàn)性能更優(yōu)的新型存儲材料，增強(qiáng)我國在新材料領(lǐng)域的知識和技術(shù)儲備，提升應(yīng)對高性能新材料需求的快速反應(yīng)和生產(chǎn)能力。

除了在材料基因工程項目上的合作，王鵬與孫志梅教授針對材料領(lǐng)域的其他問題也開展了合作研究，涉及材料蠕變預(yù)測、熱力學(xué)性質(zhì)量化、多孔材料與涂層等多個方面。談起這些貌似與數(shù)學(xué)、信息科學(xué)領(lǐng)域毫不相關(guān)的工作時，王鵬解釋道：“現(xiàn)代科學(xué)已經(jīng)發(fā)展了幾百年，很多領(lǐng)域的具體問題可能已在其他領(lǐng)域得到了解決，所以不同知識背景之間的交流十分重要，例如蠕變預(yù)測的難點(diǎn)在本質(zhì)上就與我們研究的數(shù)據(jù)同化問題十分類似，而多孔材料的核心是其局部幾何結(jié)構(gòu)對整體性質(zhì)的影響，可以借用以前在環(huán)境研究工作者在復(fù)雜土壤結(jié)構(gòu)上的研究經(jīng)驗。交叉研究的意義就在于，它不僅在知識上對不同領(lǐng)域起到了相互促進(jìn)的作用，也能夠解決國家關(guān)鍵領(lǐng)域的一些實(shí)際問題?；氐讲牧匣蚬こ讨?，我們的目標(biāo)雖然是材料研發(fā)，但卻是運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能、不確定性量化等數(shù)學(xué)與信息技術(shù)，協(xié)助材料工作者挖掘控制材料性質(zhì)的潛在‘基因’，為促進(jìn)高端制造業(yè)和高新技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)‘中國制造2025’的目標(biāo)做出貢獻(xiàn)?！?/p>

在其專業(yè)領(lǐng)域，王鵬回國后也開展了深入的研究。在承擔(dān)國家自然科學(xué)基金委的面上項目“隨機(jī)參數(shù)動力系統(tǒng)不確定性量化的PDF/CDF方法框架及其高效算法設(shè)計”中，王鵬擴(kuò)展了之前在國外開發(fā)的PDF/CDF方法，從數(shù)值算法上做出了基礎(chǔ)性的指導(dǎo)，大大提高了計算效率。在與美國斯坦福大學(xué)、美國生命科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威機(jī)構(gòu)——索爾克(Salk)生物研究所的合作中，上述算法為蛋白質(zhì)聚合物聚集的演化提供了有效指導(dǎo)。同時，王鵬的團(tuán)隊也在模型不確定性量化、數(shù)據(jù)同化等方向做出了若干基礎(chǔ)性創(chuàng)新。

參與、承擔(dān)的項目越多，王鵬也越發(fā)感覺到當(dāng)下科研所面臨的實(shí)際問題正變得前所未有的復(fù)雜，以至于原來單一領(lǐng)域的解決方法已經(jīng)捉襟見肘?！拔覀円婚_始和澳大利亞國立大學(xué)能源系合作，希望解決發(fā)展中國家分布式太陽能的預(yù)測問題，但隨著研究的深入，雙方發(fā)現(xiàn)最核心的問題變成了天氣預(yù)測、污染物分布等地球物理、地球化學(xué)上的問題?！倍鴱?fù)雜問題的解決恰恰需要交叉學(xué)科的支持。為強(qiáng)調(diào)交叉研究的必要性，王鵬解釋道：“人類的知識發(fā)展歷程也是一個合而分、分而合的過程。復(fù)雜的實(shí)際問題往往涉及多個知識領(lǐng)域，首先需要將其孤立成若干個不同領(lǐng)域的小問題，分而治之，將相應(yīng)的各個結(jié)果融會貫通后，再回到全局上解決原來的大問題；如果某一學(xué)科過分強(qiáng)調(diào)孤立發(fā)展，就可能會變成藝術(shù)，變成哲學(xué)，就無法有效解決眼前的實(shí)際問題了?！?/p>

為此，王鵬在歸國后也構(gòu)建了國際化的交叉性研究團(tuán)隊。他在保持原有合作關(guān)系的基礎(chǔ)上，積極開拓新的學(xué)術(shù)朋友圈。合作伙伴來自數(shù)學(xué)、物理、能源、環(huán)境、機(jī)械、材料、生物等多個領(lǐng)域，既有初出茅廬的博士后，也有功成名就的行業(yè)前輩。這種多元化的構(gòu)成也為團(tuán)隊中各位參與者提供了交流和碰撞的機(jī)會。王鵬對此寄予厚望：“我們的研究團(tuán)隊立足于中華大地，要以國際的視野去解決具有共性的問題。”

挑戰(zhàn)、感恩與回饋

與學(xué)生們在一起

科學(xué)研究需要耐得住寂寞，是一個孤獨(dú)的心路歷程。而創(chuàng)新又為這孤獨(dú)的旅程增添了不小的挑戰(zhàn)與變數(shù)?！皠傞_始做科研時，很多前輩都告訴我這是一個自我折磨的痛苦過程?！蓖貔i調(diào)侃道?！半S著研究的深入，我感到自己需要學(xué)習(xí)的東西很多，而且會越來越多。由于研究是個創(chuàng)新過程，我們不僅要與現(xiàn)有的成果有所區(qū)別、有所改進(jìn)，也要在時間上比別人更快地做出來。雖然作出成果的那一刻十分興奮，但是隨即又會陷入緊張，擔(dān)心結(jié)論錯誤、無法重復(fù)，所以又要不停地細(xì)致檢驗。也許正是這種矛盾的心態(tài)，讓我們對自己的成果既要抱有信心也要抱以懷疑，才能在肯定與自我批評的循環(huán)之中堅定前行?！?/p>

雖然每天要面對這樣的挑戰(zhàn)，但王鵬和他的前輩們一樣，樂在其中。他說：“學(xué)習(xí)新的知識，解決新的問題，時間會過得特別快。就拿最近在做的材料基因工程來說，它需要數(shù)學(xué)知識跟材料知識的結(jié)合。想要做得順利，就必須搞清楚用材料領(lǐng)域的方法目前是怎么做的，深入到計算的各處細(xì)節(jié)。所以我也要學(xué)很多材料方面的知識。幸虧之前有一些基礎(chǔ)，這種溫故而知新的感覺其實(shí)還挺好。特別是有了團(tuán)隊后，可以群策群力從不同方向解決問題，那種合作共贏的感覺更棒?！?/p>

王鵬現(xiàn)有團(tuán)隊由3位在讀博士生、4位在讀碩士生、1位已畢業(yè)的碩士生組成，規(guī)模雖不大，戰(zhàn)斗力卻很強(qiáng)。作為團(tuán)隊的領(lǐng)頭雁，王鵬希望團(tuán)隊的每個成員都能一直保持對知識的饑餓狀態(tài)，都能有很強(qiáng)的求知欲并且都有為解決問題廢寢忘食的精神。談起這些，王鵬說：“學(xué)位固然很重要，但我還是希望他們別只把科研當(dāng)成養(yǎng)家糊口的工具，而是作為真正的興趣去做。因為我們每天都會遇到難題，如果沒有很好的自我驅(qū)動力和對知識的欲望，要做好科研工作會很困難，這個過程會很痛苦。”

一路走來，王鵬感到自己的成長離不開好心人的幫助?！拔耀@得赴英工作的機(jī)會時，曾為是否留在北航完成剩下兩年的學(xué)位而猶豫；那時學(xué)院院長與書記得知情況后，全力支持我出國探索。而來到英國后，Oundle公學(xué)的教務(wù)主任Couzens先生在生活和工作上非常照顧我，幫助我在語言溝通、風(fēng)俗習(xí)慣上迅速融入這個建校450多年的老牌寄宿制學(xué)校，也及時了解了學(xué)校各項規(guī)章制度和當(dāng)?shù)胤?，完成了學(xué)生到老師的角色轉(zhuǎn)換?！痹诙艂惔髮W(xué)讀書期間，王鵬的幾位英國朋友和他們的親屬也對他很照顧，特別是“在西方舉家團(tuán)圓的日子里，讓我在異國他鄉(xiāng)感受到家的溫暖”。由于2005年倫敦地鐵的恐怖襲擊大大延緩了赴美簽證的申請，在抵達(dá)美國加州大學(xué)圣地亞哥分校時，學(xué)校已經(jīng)開課一周，全部課程都已爆滿。面對無課可選、學(xué)業(yè)可能滯后的窘境，時任系主任的Linden教授給予了王鵬很大的幫助，“他不僅讓我能選上他的基礎(chǔ)力學(xué)課，也允許我加入團(tuán)隊做大制度環(huán)境流體運(yùn)動的研究”。正是在那段寶貴的時間中，王鵬得以接觸世界前沿的科學(xué)研究，也了解到一個優(yōu)秀的科學(xué)研究報告需要用淺顯易懂的語言向聽眾呈現(xiàn)。也是在Linden教授的引薦下，王鵬認(rèn)識了對他人生影響最大的博士導(dǎo)師。

王鵬的博士導(dǎo)師Tartakovsky教授來自蘇聯(lián)，最初從事力學(xué)研究，1992年到美國讀博士后，研究領(lǐng)域拓展到環(huán)境、能源、電池、生物材料等方向，他交叉性的思維方式對王鵬的影響深遠(yuǎn)。談起導(dǎo)師，王鵬滿是尊敬和感激：“他總是能找到不同學(xué)科的共性問題，舉一反三，擴(kuò)展基礎(chǔ)方法的應(yīng)用范圍。那時候我有很多數(shù)學(xué)方面的課，和本科就是數(shù)學(xué)專業(yè)的同學(xué)相比，感覺很吃力，甚至考慮是否應(yīng)該換個專業(yè)。他跟我說，‘任何人對任何領(lǐng)域的知識只要花時間都可以成為專家，并不在于誰更聰明。我作為你的博士導(dǎo)師，不是要教你怎么積微分這些技巧，前人已證明的知識你自己看書就行；我要教你的是如何找到有意義的未知問題’?！闭菍?dǎo)師的這番話，讓王鵬堅持下來打好基礎(chǔ)，也堅定了他獨(dú)立自主、摸石頭過河的研究態(tài)度。

在王鵬眼中，他的導(dǎo)師身上有很多閃光點(diǎn)，聰明、善良、勤奮、博學(xué)，看問題視角獨(dú)特，又有很多良好的習(xí)慣，在諸多方面為王鵬樹立了榜樣。“我導(dǎo)師的母語是俄語，沒來美國前德語是他掌握的唯一一門外語。雖然他剛到美國時語言表達(dá)和寫作上都很困難，但每天上課都會帶著一本英俄字典和專業(yè)詞典，下課就抱著它們?nèi)柪蠋?。他的科研文章結(jié)構(gòu)清晰、文筆犀利、邏輯流暢，讀起來感覺和普利策獎的獲獎作品一樣，深入淺出，全然沒有科研論文的壓力”。Tartakovsky教授也是一名多產(chǎn)的科研工作者，“我們是導(dǎo)師的第一批學(xué)生，在還沒有上手科研的時候，他一個人每年就能在各行業(yè)頂級期刊上發(fā)表10篇以上的論文。那時大家很奇怪，后來一次周末去學(xué)校加班時，才知道他也是每個周末都在學(xué)校辦公，所以越發(fā)感到勤奮是成功的基本要求，自己需要加倍努力，不能落后?！盩artakovsky教授也博學(xué)多才，“我們閑暇之余聊天時，不管什么領(lǐng)域，近到時事政治，遠(yuǎn)到考古歷史，雅到古典與文學(xué)，俗到社會與飲食，導(dǎo)師都有所涉及，并能給出獨(dú)立的見解。所以我每次壓力很大，必須多讀書去豐富自己的知識，這樣和老師在一起才不會尷尬”。王鵬笑到。也許正是在這個榜樣旗幟的引領(lǐng)下，王鵬得以用3年半的時間完成了美國加州大學(xué)的碩博學(xué)位。

在完成11年的海外留學(xué)與工作后，王鵬又在當(dāng)初支持他出國的北航計算機(jī)學(xué)院院長、懷進(jìn)鵬院士的幫助下，回到了母校，成為了一名教育科研工作者?！拔以谌松穆猛旧嫌行艺J(rèn)識了很多老師，我目前的成就與他們的幫助是分不開的；現(xiàn)在我作為一名老師，也希望將此傳承下去，幫助我身邊的學(xué)生，盡可能地為他們創(chuàng)造國際化與交叉化的深造機(jī)會?！蓖貔i鼓勵學(xué)生多出去交流，只要能拓寬學(xué)生視野，能跟國內(nèi)外學(xué)術(shù)大咖有接觸的機(jī)會，他都非常提倡。他以自身的經(jīng)驗來看，這些國際化交流不僅能提高學(xué)生的溝通能力及文化上的理解力，更能讓學(xué)生迅速了解到國際上最新的研究動態(tài)，具備國際視野。王鵬也先后幫助4名北航數(shù)學(xué)學(xué)院的本科畢業(yè)生成功申請到美國前100名大學(xué)的博士獎學(xué)金，分散于能源、數(shù)學(xué)與計算等不同領(lǐng)域?！爸R是沒有國界的，我也要求學(xué)生立足國內(nèi)問題，放眼世界。在這個過程中，我作為他們的師長，本身得益于國際化、交叉化的學(xué)術(shù)環(huán)境，也希望他們從中受益?！蓖貔i如是說。

王鵬克服困難的勇氣和提高自我的動力，來源于前輩的鼓勵與提攜，有了他們?nèi)娜獾膸椭?，他才得以迅速成長。對于科研，王鵬不敢有絲毫懈怠，除數(shù)量上的提高外，他更關(guān)注質(zhì)量上的提高。對于一些項目，王鵬并未急著去申請，他覺得剛回國的年輕人還是應(yīng)該以科研為本，因此他愿意花更多的時間在解決問題上。

對于未來，他已有了一些計劃。2019年和孫志梅教授合作的“973”項目會迎來一個中期答辯，他們期待具體實(shí)現(xiàn)預(yù)想的成果，用信息技術(shù)去發(fā)現(xiàn)新的材料，從而縮短傳統(tǒng)材料的研發(fā)周期。他也希望申請國際合作基金，引入國外的頭腦來解決中國問題，這之中也為祖國培養(yǎng)一批具有國際視野的高端人才。當(dāng)然，這些都是他的短期計劃，談到長遠(yuǎn)目標(biāo)時，他笑著說：“世界變化越來越快，計劃趕不上變化。但是千里之行始于足下，先完成好當(dāng)下的任務(wù)，完成一個個小目標(biāo)，以后的路才能越走越寬?！?/p>

不急不緩，扎實(shí)前行，或許正是王鵬的人生態(tài)度吧！