中科院王中林院士：原创科学就是要从0到1

来源：i黑马

革命性的技术需要从0到1的创新突破。

科技创新成为实现高质量发展的“先手棋”，重塑产业形态的“动力源”。7月29日，以“走进怀柔，走近科学”为主题的2023黑马科创高峰论坛暨怀柔黑马科创产业加速器4期开营仪式在怀柔科学城举办。

中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、中国科学院大学讲席教授、佐治亚理工学院终身校董事讲席教授王中林院士出席现场并发表演讲。

以下为王中林演讲整理（有删改）：

我历来认为基础研究有极大贡献，第一是科学原创，没有基础研究就没有重大原创；第二，没有基础研究培养不出扎扎实实的科学家；第三个，没有基础研究我们的教育是有缺陷的。

我们作为科学家，作为创新力量，一定不能短见，一定要做长期的准备，国家科研单位一定要有这种思维，否则后面总是赶，就总是要解决“卡脖子”的问题。

今天我讲一下原创科学。

什么叫原创科学？我们经常讲创造，但我们不知道什么叫原创，最多讲所谓的改进，lncremental and wise，不是Resolution and wise。

0到1的发展是什么样的发展？工业革命的瓦特，在18世纪建造了第一个蒸汽机，而后经过几十年的改进，大型蒸汽机开始驱动火车。发展到现在最先进的发动机，都是我们基于他原创的想法。瓦特不是科学家，他是工程师，他把原先的设计改进以后，大大提高了效率，使这个原理延续到今天，而且是第一次工业革命机器代替手的开始，这就是伟大的从0到1的发明。

再讲到电力，1831年法拉第发现了电磁的关系，提出了电磁感应现象。但当时大家都不认可，法拉第给人做科普演讲，别人都质疑这个有什么用。他提出的第一个发电机是1832年，但直到70年以后第一个商用的交流发电机才面向市场。

这些例子都说明我们做的事绝大部分都不是原创，尽管叫做创造，但至少不是大的原创。那怎么能够找到自己的原创？

比如DNA的发现。当时剑桥大学有两位科学家在研究DNA的结构，最右边是X光衍射，根据这个可以判断出来双螺旋结构。当时他俩发表了1页半纸的文章，就奠定了近代生物的很多基础。现在这个模型在剑桥大学博物馆里面，第一个DNA模型也是他俩做的，这就是原创。

世界上第一个奔驰车是什么样子？当时造出来的时候跑得速度都没有马快，是只有喇叭不响，其他地方都响的车。但它是一个新生事物的诞生，发展到今天所有人都在使用，这就是0到1。

如何产生0到1的想法？二十年前我就开始思考，世界未来一定会面临能源危机，我们有大能源的需求，也有微小能源的需求。大能源我们做不了，电网、水利我更做不了，但我可以做微纳能源。

你想要做，但怎么做才是最重要的，所以我们带着学生不断的探索。2011年我们发现了一种方法，就是借助器件可以把机械功转为电功。发明出来以后，当时的文章发表却遭到拒绝，不被承认、屡屡被批。我实在没有办法了，最后只能把文章发在刚创刊的期刊上，到现在已经被引用4000多次。但这不是最主要的成就，最主要的是它革命性的技术。

对比1831年法拉第发明电磁感应定律，和我们发明的摩擦纳米发电机，这两个为什么不一样？电磁发电机是要转得快，因为它输出的功率是频率的平方，我们的输出功率是频率的一次方，从数学角度讲一个是线性关系，一个是二次性关系，电磁感应定律只有频率高的时候效率才高，频率低的时候它就不行，而我们的技术虽然转得慢，但输出高，所以在低频、低幅度下，它的效率远高于电磁发电机。

这就是我们的发明，这个发明以后有它的技术优势和强大生命力，但用在哪里？

热力学有三大定理，第一大定理就是能量守衡，煤都烧了，热到了哪里？在环境中。我们的房冷是为什么？因为我们有空调，局部制冷。第二定律，熵在封闭的空间里面只能增加、不能减小。我们的能源也是，煤、油烧了，扩散到环境中，到最后是趋于热平衡。所以能源一旦散发到环境中，它的再利用几乎已是不可能，这叫熵。比如你把煤烧了，再把热收回来就很难，能源的二次利用率非常低。那我们是怎么做这个事？就是我们要逆熵增而行。怎么逆熵？就要用到我们发明的这个方法。

这个方法有什么优势？选材不限，绝大部分的材料都可以用来做，这意味着应用范围不限。在我们研究所的带领下，我国已经处在全球纳米能源引领的地位。这个发明是2012年发表的，伴随研究所的成长，这个领域也做大了。现在文章专利在全球是遥遥领先，这叫做原创+引领。

那0到1的原创研究怎么变成产业？系统是一个集成。那怎么集成？我们首先申请了400多项发明专利、40多项国际专利，针对未来发展已经打好了基础。

举的第一个例子是健康医疗，我们的产品已经用在了康复器械上，比如机器人关节控制，因为它轻、耗能小，所以就有优势。还有心脏起搏器的自驱动，我从2005年就开始思考这个事，2009年开始做。2019年，首次利用微小纸片厚度、3厘米长、2厘米宽纸的发电机，贴在内胸脯上实现了心脏起搏器的自驱动。这是全球首创，为这个目标我们奋斗了11年，才打开了我国植入生物器件的大门，也对很多产业产生了影响，与很多医院合作推动了产业化。

再举一个例子，基础设施监测。每家都有水管、气管、油管，它们的流量、流速、PH值、浑浊度、化学成分能不能实现自驱动？毕竟水流就是能量。目前，我们已经开发出商用化的全自驱动，不需要换电池，装上就行了，已经逐步实现了从密云水库到北京的水质监测。还有环保空气净化，无耗材、无臭氧过滤器，目前北京十号线、国宾馆都已经用到了我们的产品，这就是从0到1。

我今天讲“从原创到产业”，原创就在怀柔、就在我们身边，就看我们支不支持。我们不要天天喊口号，真金白银才是真的。

实现未来的方法是去创造未来，不要天天空想、喊口号，没有用，也发明不了重要的产品。我们提出纳米发电机、微纳能源、自驱动传感（蓝色能源），是基于压电电子学、压电光电子学的第三代半导体这两个原创科学，科学是没有国界的，方程组是没有国界的，但技术有。科学是人类共享的，我们希望能够在怀柔这片沃土上，在创业黑马学员努力下实现这些价值，希望未来可以为国家做更多的事情。