弘揚科學家精神人物訪談錄——訪激光極端制造研究中心主任李琳院士
科研引領(lǐng)者
訪談記者:作為激光材料加工研究領(lǐng)域的引領(lǐng)者,您長期從事激光打孔、焊接切割、表面處理、增材制造及激光微納制造等方面的研究,應(yīng)用范圍涉及先進制造、生物醫(yī)療、新能源技術(shù)等多個交叉領(lǐng)域。您的研究工作涉獵廣、覆蓋面全,其中令您最驕傲的研究結(jié)果是哪一項?在這期間,發(fā)生了哪些科研趣事,或是面臨了怎樣的困難與瓶頸,能否給我們分享一下寶貴的科研經(jīng)驗?zāi)兀?/em>
李琳院士:我的研究主要集中在激光的先進制造技術(shù)和工程應(yīng)用領(lǐng)域。激光加工精度與激光波長有關(guān)。在空氣中光斑直徑理論極限是波長的1/2,這就是光的衍射極限。在激光精密加工的時候需要突破衍射極限。我們發(fā)明了偏角掃描微球陣列并行激光加工,將一束激光通過微球透鏡分成百萬束光,實現(xiàn)了幾十納米的加工精度,通過近場光學突破了衍射極限??紤]到這個光路是否可以反過來,我們把微球和顯微鏡結(jié)合起來,實現(xiàn)了50納米的分辨率,真正打破了衍射極限(可見光范圍這個極限是200納米)。這個發(fā)現(xiàn)讓我們很吃驚,相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·通信》雜志上,也被很多媒體報道。后來這個技術(shù)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,在半導(dǎo)體芯片檢測、安全檢測、納米材料觀測及生物醫(yī)療研究領(lǐng)域得到實際應(yīng)用。這個偶然的發(fā)現(xiàn)促成了新檢測技術(shù)的產(chǎn)生,也在工業(yè)中得到應(yīng)用,我想說只要用心多思考、多實踐,敢于打破框框,新的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明有時會在偶然的時候?qū)崿F(xiàn)。
訪談記者:我看您在大連理工大學的本科專業(yè)是自動化控制,但最終攻讀的博士專業(yè)卻是激光工程,請問您是怎么走進激光先進制造工程及微納光學這條路的呢?您與您的導(dǎo)師,激光材料加工之父Bill Steen教授之間又曾發(fā)生過哪些趣聞呢?
李琳院士:這其實也是一個巧合。一開始,我考入了英國帝國理工大學電子工程系自動控制理論組,當時導(dǎo)師布置了輸出反饋控制系統(tǒng)的課題,我在國內(nèi)的理論基礎(chǔ)尚可,因此短短幾個月就完成了當時的課題。此時,正好碰到了一位華人博士生在Steen教授實驗室用激光做金屬表面合金化。當時,國內(nèi)對激光還比較陌生,出于興趣,我主動約見了Steen教授,得知他承擔了需控制激光表面熔覆的國家項目,恰好我又具有自動化控制的學術(shù)背景,就這樣,我轉(zhuǎn)到Steen教授的課題組開始了我的激光之旅。
“頂天立地”做科研
訪談記者:您曾經(jīng)說過,“科研人應(yīng)該頂天立地。頂天,就是在科學上有重大發(fā)現(xiàn);立地,就是科研成果能轉(zhuǎn)化成實際可用的技術(shù),在某種程度上推動社會發(fā)展”。您在2013年被英國皇家工程院授予弗蘭克·維特爵士(Sir Frank Whittle)勛章,這是英國工程最高的成就獎之一,且該勛章每年只有一枚,用于表彰在創(chuàng)新制造技術(shù)領(lǐng)域中的取得杰出成就,及產(chǎn)生經(jīng)濟和社會價值的人物。其中,獲獎評價里寫到:“您在制造業(yè)的工程創(chuàng)新方面取得了杰出和持續(xù)的研究成果,并且這些成果直接造福了英國經(jīng)濟?!闭垎柲绾慰创翱茖W技術(shù)、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)和社會發(fā)展”三者的關(guān)系?
李琳院士:在1840年以前,中國的GDP曾經(jīng)是世界領(lǐng)先的。直到第一次工業(yè)革命,蒸汽機的發(fā)明實現(xiàn)了機械化。第二次工業(yè)革命,電的發(fā)現(xiàn)使西方的生產(chǎn)工具又有了一次突飛猛進的發(fā)展。之后的第三次工業(yè)革命,計算機的發(fā)明進一步提高了加工的效率。美國在這個過程中實現(xiàn)了科技領(lǐng)先、軍事領(lǐng)先和經(jīng)濟領(lǐng)先。這幾次工業(yè)革命先后實現(xiàn)了生產(chǎn)方式的機械化、電氣化、數(shù)字化,第4次工業(yè)革命正在實現(xiàn)生產(chǎn)方式的智能化,這幾次工業(yè)革命引發(fā)了生產(chǎn)方式的變革和制造工具的發(fā)展,對整個社會的進步都起到了決定性作用。我們在近代鴉片戰(zhàn)爭時期備受欺凌,除了與當時的封建社會有關(guān),還和我們落后的科學技術(shù)相關(guān)。所以說,科學技術(shù)對整個社會發(fā)展、國家生產(chǎn)力提高乃至人類文明的進步都起到了重要作用。
訪談記者:您在1994年開始組建自己的實驗室——曼徹斯特大學激光加工研究中心,2000年該研究中心正式成立,目前已成為英國大學中最大的激光加工研究中心之一,在英國乃至世界均享有很高聲譽。2019年美國激光學會肖洛Arthur L. Schawlow獎項評價您“在激光制造工藝方面進行了開創(chuàng)性研究和開發(fā),并且對技術(shù)商業(yè)化充滿創(chuàng)業(yè)動力和愿景?!弊鳛閯?chuàng)始人,您在整個研究中心的創(chuàng)立過程中,一定面對了很多挑戰(zhàn)和難關(guān),關(guān)于這段經(jīng)歷,您有哪些理念和經(jīng)驗與大家分享呢?
李琳院士:我們做工程技術(shù)的主要目的是解決實際工程問題。一方面,我們要做異想天開的事情,提出先進的方法并科學地證明方法的可行性,另一方面,要把這些方法和實際工程結(jié)合起來。在曼徹斯特大學激光加工研究中心,我們和60多家公司有合作,很多工程需求都是由這些公司提出來的,這樣的科研成果就會更有針對性??蒲星捌冢髮W在研發(fā)中起主導(dǎo)作用,公司從實際需求出發(fā)提出一些科學和技術(shù)挑戰(zhàn);中、后期由公司主導(dǎo)做工業(yè)驗證,這一部分的開發(fā)當然也離不開大學的支持,大學起協(xié)助作用。這樣,整個科研鏈條更具備完整性。我們很多研究成果轉(zhuǎn)化都是通過校企合作的模式產(chǎn)生的。
生活感悟
訪談記者:1977年9月,中國教育部恢復(fù)已經(jīng)停止了10年的高考,當時您剛剛高中畢業(yè)、下鄉(xiāng)半年,作為恢復(fù)高考后的第一屆大學生,您重返校園,前往當時的大連工學院,也就是現(xiàn)在的大連理工大學,您能為我們分享這段特別的“青蔥歲月”嗎?
李琳院士:我讀書時,經(jīng)過一段國家動蕩期——文革時期。我讀完小學一年級便停學兩年,之后直接跳級到3年級,由于學習好又跳到4年級。隨后跟隨父母(醫(yī)療工作者)上山下鄉(xiāng)支持農(nóng)村醫(yī)療事業(yè),兩年后回到城市繼續(xù)學習,此時國家風氣已經(jīng)稍好一些,但還是在政治運動上花費了很多時間。我中學畢業(yè)那年剛好是恢復(fù)高考第一年,畢業(yè)后先是分配到了鄉(xiāng)下。那時候生活艱苦,沒有時間復(fù)習,直到被派做土地測量工作后才有復(fù)習功課的時間。我參加了恢復(fù)后的第一屆高考,以第一志愿進入了大連工學院(現(xiàn)大連理工大學)電子工程系自動控制專業(yè)。
訪談記者:1982年,您本科畢業(yè)后,曾在沈陽工業(yè)學院任教過一段時間。在1983年9月,您考取了大連海運學院(即大連海事大學)的出國研究生,繼續(xù)深造。在當時的時代背景下,相當于現(xiàn)在的碩博連讀,國內(nèi)讀碩士、在國外讀博士。您在異國他鄉(xiāng)的海外求學經(jīng)歷一定非常特別,您在這期間都遇到了哪些困難,又是如何適應(yīng)的呢?
李琳院士:起初的國外求學還是挺不容易的。英國留學期間,我先是寄宿到一戶可提供工作日伙食的英國家庭中。當時英國政府提供全額學費資助,國家提供每月160英鎊的生活補助,而每月高達140英鎊的房租促使我周末選擇去餐廳打工,這樣一來可以改善拮據(jù)的留學生活,又可以為國內(nèi)的家人添置些家用電器。后來,我和幾位華人學生合租一套公寓。公寓離學校很遠,加上英國經(jīng)常下雨,騎車路上非常不便。除了生活條件的艱苦,國內(nèi)外文化差異也很大。比如,國人習慣性的大聲交談被誤認為是吵架,西方習慣實行分餐制,他們出入時會為后面的人扶門等。在言語理解上也是經(jīng)過很長一段時間才真正領(lǐng)悟到英國人表達不同意見的方式以鼓勵為主,先揚后抑,委婉地道出真實想法,隨著經(jīng)歷逐漸豐富我才慢慢適應(yīng)了海外生活。
訪談記者:我們知道,您不僅在自身的科學領(lǐng)域有所建樹,還擅長許多樂器演奏,包括竹笛和二胡。您在中學和高中時就是學校樂隊的成員;在倫敦攻讀博士學位時,參加華人樂團;在曼徹斯特的東方絲竹民樂隊也經(jīng)常演出,還定期和學生舉行燒烤等活動……對于如何工作和生活的平衡,你有什么建議給年輕學子嗎?
李琳院士:科學研究大部分是枯燥的,倘若沒有個人愛好,就很容易鉆進牛角尖。實際上,藝術(shù)和科學是相通的,它們都需要想象力和創(chuàng)造力。我們做科學工作,如果只是“死心眼、一根筋”地做一件事,很容易疲勞。當我們換換腦子開展些文體活動,反而能起到勞逸結(jié)合的作用。我想說,投入的時間和產(chǎn)出不一定成正比,核心在于如何利用好、管理好時間。
青年寄語
訪談記者:2019年英國機械工程師學會唐納德·朱利葉斯·格羅恩(Donal Julius Groen)獎評價您對機電一體化、制造業(yè)工程創(chuàng)新研究和教育均作出了杰出貢獻,特別是在激光增材制造領(lǐng)域。我們了解到,您非常注重人才教育與培養(yǎng),指導(dǎo)畢業(yè)博士生已有60多位,他們遍布各個國家和各個領(lǐng)域。您經(jīng)常鼓勵學生要開拓創(chuàng)新,站在科學發(fā)展的最前沿。您認為,什么是青年科研工作者最應(yīng)該具備的素養(yǎng)和品質(zhì)?您對有志從事科學研究的青年學生有什么建議?
李琳院士:年輕人剛開始學習和科研都是很迷茫、沒有自信的,老師的作用就是引路,當然,也不能過分依賴老師。實際上,本科和研究生培養(yǎng)的最重要的能力就是獨立解決問題的能力。遇到問題要多閱讀資料、多去與別人討論,多問、多學、多思考。另外,不要害怕失敗,因為很多重要發(fā)現(xiàn)都是源自“失敗”。美國3M公司的一名工程師研發(fā)的膠水始終不粘,但當時教堂的牧師表示這正是他所需要的——使用這種膠水把紙粘上揭下對紙張不會有影響。于是這種膠水被做成明星產(chǎn)品,每年幫助公司賺取好幾十億美元。所以,失敗是成功之母,一個項目的“失敗”很有可能促成另一個項目的成功。
訪談記者:您經(jīng)常與學生交流,也培育了許多學生,您對當前廣大的研究生職業(yè)發(fā)展規(guī)劃有哪些建議?
李琳院士:中國每年有不少學生去海外留學,但是事物都具有兩面性。出國深造的優(yōu)點在于能接觸到西方的文化和教育體系,尤其是一些創(chuàng)新思維和科研方法,但是國外的花銷比較多。其次,現(xiàn)在國內(nèi)科研條件不比國外差。另外,國外學生的培養(yǎng)技能更“專一化”,只做科研,國內(nèi)學生除了做科研外,還會學習接待、交流等人際交往能力,他們的能力會更全面綜合。總體來說,大家需要綜合自身條件以及社會關(guān)系來考量和選擇適合自己的路。
訪談記者:最后,可否為我們廣大青年學子送上寄語?
李琳院士:未來的世界是屬于年輕人的,一代人有一代人的使命,我們的使命主要是為年輕人提供科研舞臺。當前我們正處于第四次工業(yè)革命——人工智能到來的時代,先進制造工具對社會發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。目前,我們很多高端制造工具和儀器都依賴進口,一些關(guān)鍵技術(shù)、前沿技術(shù)還相對落后。所以,我們新一代的年輕人要把握機遇,在歷史的關(guān)鍵時刻,讓中國成為讓西方乃至全球仰視的大國、強國。

人物介紹
李琳,英國皇家工程院院士,中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所激光極端制造研究中心主任。國際光子與激光工程學會會士、國際生產(chǎn)工程學會會士、美國激光學會會士和英國工程技術(shù)學會會士。曾任美國激光學會(LIA,激光加工領(lǐng)域最權(quán)威的國際學術(shù)機構(gòu))主席、國際光子與激光工程學會(IAPLE)主席和英國工業(yè)激光用戶協(xié)會(AILU)主席等。發(fā)表學術(shù)論文700余篇,申請激光先進制造專利60余項。
李琳院士長期從事高效精密激光制孔、硬脆/復(fù)合材料激光加工、多材料增材制造、超分辨率激光加工等領(lǐng)域研究,工程創(chuàng)新成果已在多個行業(yè)實現(xiàn)了激光加工替代傳統(tǒng)加工;曾榮獲英國皇家工程院弗蘭克·惠特爾獎(英國皇家工程院學術(shù)榮譽)、美國激光學會肖洛獎(全球激光加工行業(yè)最高終身成就獎)、英國皇家學會沃爾夫森研究優(yōu)異獎、英國工業(yè)激光學會終生成就獎等多個重要學術(shù)及工程獎項。
(訪談特邀記者 桑娜;訪談特邀編輯 盧紫薇)
