向極綜合交叉發力，驅動創新加速跑

北京大學化學與分子工程學院教授吳凱（右二）和團隊成員討論。

北京大學化學與分子工程學院供圖

人工智能與生命科學相結合，高效預測蛋白質結構，助力新型藥物研發；材料學、臨床神經科學以及工程技術等交叉融匯，腦機接口技術有望迎來新突破；量子計算融合了物理學和信息科學，推動計算科學的變革式發展……

近年來，科學研究向極綜合交叉發力，學科交叉融合成為加快科技創新的重要驅動力，強化學科交叉成為推動科技創新的重要途徑，有望產生更多顛覆性技術和引領性原創成果。

“科學研究向極綜合交叉發力”的內涵是什么？將給科學研究帶來哪些影響？記者采訪了相關專家。

科學問題本身不再局限于某一學科，解決問題需要多學科的協同支撐

什么是極綜合交叉的科學研究？

在北京大學化學與分子工程學院教授吳凱看來，極綜合交叉科學研究的核心，即科學問題本身不再局限于某一學科，解決問題需要多學科的協同支撐。

科學界普遍認為，極綜合交叉的科學研究，旨在利用多個學科的知識與方法，在解決科學技術問題過程中進行深度融合和極限交叉，推動研究范式變革，開辟新的學科方向和研究領域。

極綜合交叉的科學研究具備一些顯著特征。“極綜合交叉的科學研究往往具備一定科學問題導向。也就是說，它的研究模式通常圍繞一個復雜的中心科學問題，需要多學科、多視角地提出解決方案。”吳凱說。

“當科學研究發展到一定階段，某些單一學科維度上的突破將會變得異常艱難，急需不同學科交叉融合、協同探索，實現事半功倍的效果。”中國科學院工程熱物理研究所研究員鄭會龍說。

鄭會龍主要從事智能飛行控制的科研工作，他以自己的研究為例。原本團隊需要為航空發動機某一關鍵部件研制40多個零件，受益于3D打印技術，許多零件都能實現一體化設計制造，如今只需制造7個零件就能達到同樣性能，極大提升了效率。“如果將3D打印技術和復材技術結合，把碳纖維材料編織于設備中，不但可以提高設備的耐損耗度和輕盈度，還能更利于設計成傳感器，提升設備智能。”鄭會龍說。

再如，傳統飛機控制領域的科研工作，主要依托流體力學和控制理論的耦合實踐。鄭會龍團隊正在抓緊攻關，將人工智能技術賦能飛行控制，幫助飛機塑造“智能大腦”，進行飛行姿態自學習控制及自學習軌跡規劃，從而實現飛機自主飛行，這可能是未來巡飛行業的發展方向。

學科交叉融合釋放的潛力巨大，如今，越來越多的科學突破和技術變革通過學科交叉融合而實現。

科學研究的交叉，不僅局限于自然科學或工程科學領域。專家認為，極綜合交叉還應容納自然科學與社會科學的“跨界”交叉融合。

中國科學技術信息研究所研究員徐峰表示，隨著人工智能的發展，其科學研究已不僅是單純的科技問題，也會涉及倫理道德和文化觀念等問題，需要確保把有益于人類的價值觀、道德觀和法律法規貫穿于人工智能的產品和服務。為此，應該建立多學科的合作，加強科學家、工程師、政策制定者以及公眾的參與，共同探討人工智能的發展方向、應用領域和道德倫理問題。

如何理解極綜合交叉的“極”？受訪專家表示，交叉融合的“交叉”絕非簡單的“1+1”，不是將兩個學科簡單拼湊到一起，而是在對原有學科精耕細作的基礎上，甚至在不同維度和層面之間，找到與其他學科的內在邏輯聯系，相互作用培育出新的學術增長點，創造出“1+1＞2”的效果。因此，從事交叉融合科研探索，要謹防為了交叉而交叉，否則只會在創新的邊緣反復徘徊，浪費資源和精力。

極綜合交叉的科學研究，推動解決前沿科學問題，產出重大科研成果

物理學家薛定諤利用量子力學和熱力學探究生命本質，催生了分子生物學；屠呦呦從中醫藥中提取出青蒿素，開辟了人類抗瘧疾的新途徑……這些都顯示了跨學科的創新力量。

極綜合交叉的科學研究，不僅是推動基礎科學研究和解決復雜技術問題的關鍵途徑，也是促進經濟社會發展的動力引擎。

表界面科學是化學、物理學、納米材料、能源環境乃至生命健康等學科的交匯。近年來，吳凱團隊研制出國家重大科研儀器“超高時—空分辨的離子化學研究系統”，這一系統融合了表面化學、凝聚態物理、超快光學、電子信息與工程等多個學科的知識和技術。

“這個系統能夠將單個金屬或非金屬離子精準地軟著陸到特定遷移介質表面，并實時監測單個離子在不同界面的遷移動力學、溶劑化過程、電荷轉移和能量輸運。”吳凱介紹，人們得以從宏觀到微觀、從靜態到動態對離子的物理化學性質開展全方位的研究，直接為乏燃料安全處置、離子電池及資源回收等產業需求提供強有力技術支撐。

通過學科深度交叉融合，近年來我國取得了許多突破性進展成果。

在低維材料、表面物理和微觀表征等多個學科的交叉研究中，清華大學教授、中國科學院院士薛其坤團隊發現了“量子反常霍爾效應”，突破了人們對量子體系的物理認知，展示了極綜合交叉研究的新范式，彰顯了低維材料表界面的新奇物性。這一科研成果獲得了2018年度國家自然科學獎一等獎。

受益于量子化學理論與計算、催化化學和化學工程等學科的高度交叉融合，中國科學院山西煤炭化學研究所研究員李永旺團隊開發出了擁有完全自主知識產權的中溫間接煤制油成套技術。該技術不僅在保障我國能源安全方面具有重要戰略意義，還為煤炭資源的高效清潔利用提供了新的途徑。這一研究成果獲得了2020年度國家科學技術進步獎一等獎。

這些案例表明，極綜合交叉研究可以整合多學科的理論原理和方法技術，推動前沿科學問題的解決，產出重大科研成果。

推動學科交叉融合是全球科技界的共識。專家認為，科學研究向“極綜合交叉”發力的趨勢，源自當代全球科技發展態勢的深刻變革，以及科學問題的復雜性和多樣性。如今，世界各國都在積極推動交叉學科研究，開拓科學視野，產生新的創新契機，帶來新的解決方案。

極綜合交叉的科學研究模式具有獨特的創新驅動力，更容易產生顛覆性技術和引領性原創成果。許多原始重大科學發現和技術進步，都來自學科間的思想碰撞和原理融合。近年來，相當一部分諾貝爾自然科學獎是交叉學科碰觸出的火花。比如，今年的諾貝爾化學獎授予了在蛋白質結構預測上作出突出貢獻的3位科學家，這是綜合科學研究產出的又一代表性成果。

打造交叉、開放和共享的學科運行機制，大力培養綜合交叉科學研究人才

做好極綜合交叉的科學研究，需要在哪些方面發力？

吳凱建議，在硬件方面，要加快重大高端科研儀器的自主研制。科學研究的跨學科融合，離不開重大高端科研儀器的創新與突破。重大高端科研儀器的自主研發和創制本身也是極綜合交叉科學研究的產物，靠的是從基礎原理、先進材料與加工、核心元器件、關鍵電子技術到系統集成的全鏈條創新。

目前，我國科研體系仍主要建立在傳統的學科分類上，師資、人才、資金甚至科研儀器等資源主要圍著單一學科轉，這使得從事交叉學科的科研人員在科研項目申請、評審環節往往遭遇尷尬，影響科研積極性。徐峰建議，要逐步改變我國學科區分的現狀，打造一套交叉、開放和共享的學科運行機制，在項目申報和評審階段，深入推進更加精細化的改革。2020年11月，國家自然科學基金委員會成立交叉科學部，負責統籌國家自然科學基金交叉科學領域整體資助工作，就是一項探索。

此外，還需大力培養綜合交叉科學研究的人才。鄭會龍介紹，盡管團隊主要從事工程應用科學研究，但在近年招生中，團隊傾向于吸納擁有交叉學科背景的成員，還會有針對性地發現并培養優秀的交叉科學研究青年人才。當前，許多高校科研院所設立多學科交叉融合培養的教學模式、開辦通識教育課程，旨在加強復合型創新人才培養，也取得了一定成效。

自然科學致力于揭示自然規律，社會科學則注重人類社會發展。吳凱認為，極綜合交叉還應積極推動自然科學與社會科學的“跨界”融合，這兩者之間的極綜合交叉將為提升我國科技與文化創新能力、促進人類文明的可持續與健康發展貢獻中國智慧與中國力量。

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