极限创新：35岁之前改变世界的全球科技精英

远落后了。 业 公 司 不 要 重 蹈 覆 辙， 犯 和 Transatomic
Power 一样的错误。在进行大张旗鼓的自
“我们将继续沿着低成本、高安全的核能 信宣传之前，不妨先完成足够可靠的技术
道路前行。”莱斯利·迪万说，“我们还 验证。否则，一旦技术被证明有问题，再
有很长的路要走，包括技术、工程、供应 多的融资与关注都会在顷刻间灰飞烟灭，
链以及管理上的挑战。但我们会成功的。” 而这些原本促进公司成长的动力，也可能
我们祝愿莱斯利·迪万能够最后取得她想 转化为压垮公司的最后一根稻草。
要实现的成功，但我们更希望其他的创

参考文献

[1] TEMPLE J. Nuclear Energy Startup Transatomic Backtracks on Key Promises[EB/OL]. MIT
Technology Review, 2017 (2017). https://www.technologyreview.com/s/603731/nuclear-energy-
startup-transatomic-backtracks-on-key-promises/.
[2] WORRALL S. 2015 Emerging Explorers-Leslie Dewan, Nuclear Engineer-Building a Better
Nuclear Reactor to Combat Climate Change[EB/OL]. (2015). http://www.nationalgeographic.com/
explorers/bios/2015/leslie-dewan/.
[3] BULLIS K. Leslie Dewan, 28-What if we could build a nuclear reactor that costs half as much,
consumes nuclear waste, and will never melt down?[EB/OL]. MIT Technology Review, 2013(2013).
https://www.technologyreview.com/lists/innovators-under-35/2013/pioneer/leslie-dewan/.
[4] TRANSATOMIC POWER. Technical white paper[R]. (2016-11).

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纳米医学的伪装大师

作者：杨一鸣

张良方（Liangfang Zhang） 裹纳米尺寸的靶向药，能够“骗过”人体

的免疫系统，并定向对癌细胞进行打击。

这样的突破性研究将靶向药的药效提高了

不止一个档次，也使得张良方教授声名鹊
起。他在被授予“2013 年《麻省理工科技
评论》35 位 35 岁以下科技创新青年”称
号之后，2016 年又入选美国《大众科学》
“2016 年 10 大最聪明的人”（ e Brilliant
Ten of 2016），是该榜单中唯一的华人科学
家。

获奖年份：2013 翻开张良方教授的个人简历，他的成长道
获奖时年龄：32
获奖时职位：加州大学圣迭戈分校纳米工程系副教 路俨然就是一条真正学霸的求学及科研之
授 路：1981 年，张良方出生在安徽无为；
获 奖 理 由：想 要 打 败 癌 细 胞 并且不 被自己 的 免 疫 细 1996 年，年仅 15 岁的他考入清华大学，
胞消灭，最好方法就是穿上自己人的衣服。 就读化学工程系高分子科学与工程专业，
依次获得学士学位和硕士学位；2002 年，
说起靶向药，我们首先想到的是癌症的特 张良方远赴美国伊利诺伊大学香槟分校
效药。但是大多数人可能都不知道，这样 （UIUC）攻读博士学位，并于 2006 年加
的特效药在患者身体内因为免疫系统的干 入麻省理工学院，从事博士后研究工作；
扰，并不会发挥 100% 的作用。这是困扰 2008 年 7 月，年仅 27 岁的张良方加入加州
学术圈几十年的难题。不过，自张良方教 大学圣迭戈分校（UCSD）纳米工程系，
授将他的研究公之于世之后，这样的问题 任助理教授，2012 年 3 月晋升为终身副教
便迎刃而解了。他利用血小板的细胞膜包 授，2014 年 7 月晋升为终身正教授。

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看似一帆风顺的学术道路，其实饱含用心。 坚实的基础。博士毕业之后，张良方选择
你也许会注意到张良方最开始在清华大学 加入麻省理工学院罗伯特·兰格（Robert
学习的是化学工程领域的课程，到后来怎 Langer）教授旗下，任职博士后研究员，
么变成了从事纳米医学研究的教授呢？这 研究纳米颗粒与药物传递。
其实并不冲突，科学之间都是相通的，更
何况是交集还不少的医学和化学工程专 这是一个十分先进的科研领域，采用尺寸
业。张良方在就读清华大学化学工程学院 极小的纳米颗粒作为药物，能够十分精确
时就表现出超强的学习和科研能力：他以 地找到癌细胞。但是，无论何种纳米颗粒
优异成绩保研本校，加入于建教授的课题 进入人体内部时，都要面临一个问题，那
组，研究高分子复合材料，并在研究生阶 就是免疫系统的识别。我们的免疫系统会
段在国际知名学术期刊上发表多篇学术论 自动将这些纳米颗粒归类为外来物，识别
文。其中有一项关于超硬橡胶的研究，实 后产生特殊抗体并开始消灭这些纳米颗
属当时的先进技术，已经能够申请专利并 粒。这其实也是纳米医学中最困扰科学家
投入大规模生产了。但是，张良方不想一 的难题之一。在过去的几十年中，科学界
辈子都在化工厂和橡胶打交道，同时也觉 的做法还都是“躲”，即在纳米颗粒外部
得如果不继续学习新的知识，很快他的技 包裹上人工合成的生物材料，如高分子材
术就会被新的技术所取代。于是，怀着这 料或糖蛋白等，以这样的方式躲过免疫系
样的远见，张良方选择追求更高的学术目 统的识别与攻击。但是躲的方法就像捉迷
标，出国深造。 藏一样，迟早要被发现。合成材料的效果
再好，时间久了，免疫系统也会逐步产生
第一站就是美国伊利诺伊大学香槟分校， 相应的抗体来应对。那么有没有一劳永逸
张良方开始攻读博士学位。他本想着顺利 的方法呢？于是，一种完美的生物材料呼
读完博士就归国，但当他发现自己对与细 之欲出，而这就是人体内部细胞的细胞
胞相关的分子及其性质十分感兴趣时，便 膜。张良方教授没有像前人一样采用躲的
铆起劲儿来继续研究，在毕业之前发表了 方式，他直接采用血小板的细胞膜将纳
12 篇学术论文，其中大多都是探讨磷脂 米颗粒药物伪装了起来，成功地暗度陈
双分子层与纳米颗粒之间的相互作用。这 仓，使药物在免疫系统面前就像是自己人
也为他日后在纳米医学领域的研究奠定了 一样。[1]

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以前，纳米颗粒药物可能在体内待十几个 养，再加上与之后从事的生物医学研究相
小时，但随着材料使用次数的增加，免疫 结合，才有了这样的研究成果。而看似简
系统对它的识别就会越来越快。就像躲猫 单原理的背后也蕴藏着多个学科知识的有
猫的时候长期重复地躲在一个地方，免疫 机结合。就拿细胞膜包裹纳米颗粒来说，
系统很容易找出规律并进行识别。但用细 并不是简简单单的磷脂双分子层包裹纳米
胞膜包裹之后，纳米颗粒药物在体内的停 颗粒。细胞膜是有正反两面的，若是将反
留时间就跃升到 40 个小时，极大地延长了 面放到了外侧，就会被白细胞识别并吞
药物的起效时间。同时在重复使用多次之 噬，而这是医学理论所指导的方向。那么，
后，纳米颗粒药物的效果也没有变得越来 如何正确包裹以及过程中需要的能量等问
越差，因为它每次穿的都是和体内细胞一 题，就需要运用流体力学、动力学等工程
模一样的“衣服”，不容易被免疫系统识 学的工具来解决。
别 [2]。这也是张良方教授的研究小组最核
心的一个贡献，该项成果得到了全世界的 除了理论研究，张良方教授也考虑了将该
关注。2015 年，张良方教授将自己的研究 技术产业化的成本问题。首先，纳米颗粒
以论文的形式发表在学术期刊《自然》上， 是可以大规模生产的，这一部分的技术很
著名的“四院院士”钱煦也在合作作者之 成熟、成本很低，那么价格就直接取决于
列。论文中还介绍了另一个意外的发现： 如何制造包裹纳米颗粒的外壳了。而且，
张良方教授发现血小板的细胞膜能用来制 这种外壳也是可以大规模生产的，直接利
作小尺寸的纳米海绵，其超强的吸附能力 用血液中的血小板和红细胞就能制作。我
能够将很多进入人体内部的毒素吸走，具 们来简单计算一下，1 毫升血液中大概有
有高效的解毒能力。例如，令人头疼的超 3 亿个血小板和 50 亿个红细胞，纳米颗粒
级细菌以及一些蛇毒，都能一一被纳米海 的尺寸在 50~100 纳米，血小板和红细胞的
绵所化解。[2] 尺寸在 7 微米左右，每一个血小板或红细
胞可以制造大约 4000 个纳米颗粒外壳，那
不得不说，这是一种典型的解决问题的理 么 1 毫升的血液就能做 20 万亿个左右的
工科思维。张良方教授对此也表示默认， 纳米颗粒外壳，可以说这方面的成本是很
他认为正是在清华大学化工学院接受了高 低的。由此我们可以看出，该技术的产业
分子材料应用和化工基础知识的交叉培 化前景还是很好的 [3]。因此，张良方教授

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也在积极地将该技术产业化。他认为，纳 经历，从化工到生物医学再到最终的仿生
米医学这方面的课题既可以是一个科学问 纳米医学，这看似大步伐的学科跨越，其
题，也可以是以临床病人需求为导向的应 实是一步一步地在将自己的研究延伸，一
用问题，应用于实际的科学研究才是实用 点一点地将自己的研究方向摆正。张良方
的科学研究。 教授也以亲身经历告诉我们，个人的研究
兴趣在人的一生中是可以改变的，而你所
如今，张良方教授已经扛起了纳米医学研 做的只是学好现在的专业，做好当下的研
究的大旗，研究如何打造具有更多功能的 究，再结合自身的兴趣慢慢地调整研究方
纳米医药传递系统、纳米尺度的治疗方法 向，因为你所学的对于之后的研究肯定会
以及纳米科技在疫苗中的应用。回顾他的 有所帮助。

参考文献

[1] Jian Y U, Zhang L F, Guo Z X. Design of Phase-Containing Particles with Core-Shell
Morphology and Their Toughening to POM Resin[J]. China Plastics, 2002, 16(2):24-27.
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cloaking[J]. Nature, 2015, 526(7571):118-21.
[3] Bourzac K.A nanoengineering scheme to make drugs more effective by fooling the immune
system [EB/OL].https://www.technologyreview.com/lists/innovators-under-35/2013/pioneer/
liangfang-zhang/.

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小贴片的大效果

作者：杨一鸣

顾臻（Zhen Gu） 工与生物分子工程系获得博士学位；也是
在同一年，获聘于麻省理工学院化工系 /
获奖年份：2015 Koch 癌症复合研究中心、哈佛大学医学
获奖时年龄：34 院，师从药物传递、组织工程奠基人罗伯
获奖时职位：美国北卡大学教堂山分校医学院、药学 特·兰格（Robert Langer）教授，走上了自
院，北卡州立大学工学院联合生物医学工程系助理 己“宿命般的抗癌”道路；2012 年，同时
教授 获聘于北卡大学教堂山分校（University of
获奖理由：治疗糖尿病还只能靠注射胰岛素，如果我 North Carolina at Chapel Hill）和北卡州立大
们能够让药品自动释放出来，治疗就变得简单了。 学（North Carolina State University），并在
两所学校联合办学的生物医学工程系任助
顾臻身上有太多的故事，第一个关键词是 理教授一职，也因为课堂上的良好表现被
“学霸”。1999 年，顾臻进入南京大学化 学生爱戴，是最受学生欢迎的教授。2016 年，
学化工学院化学系，成为一名本科生，并 顾臻博士升任副教授并通过终身教授的评
以优异的成绩于 2003 年被保送至高分子 定，成为学校近年来最快晋升终身教职的
科学与工程系攻读硕士学位；2010 年，在 教师之一。
加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）化
其实，说顾臻天资聪颖一点儿也不过分，
132 但是他对科学研究一直保持着特有的勤奋
和执着。本科毕业设计期间，顾臻有一项
尝试了两个多月还没有成功的实验，那是
一项合成一种水溶发光聚合物单体的实
验。最后一次尝试的时候，“非典”爆发了，
还没来得及停止实验，感冒发烧的他就被
隔离了。一周以后，顾臻出院，竟然发现
烧瓶里出现了他心心念念的乳白色聚合物

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单体。多次重复实验之后，顾臻发现这个 Academy of Sciences of the United States of
实验需要 60 多小时才能产出大量产物。这 America，PNAS）、《自然·通讯》（Nature
也许是顾臻遇见的小幸运，却也是顾臻对 Communications） 及《 自 然·纳 米 技 术》
于科研的坚守。 （Nature Nanotechnology）等刊物发表论文
60 余篇，申请专利近 30 项。坐拥如此多
如今，顾臻博士的研究方向包括蛋白质递 的科研成果，顾臻可谓一位多产的科研工
药系统、生物医用高分子材料、纳米制剂、 作者。他的代表作应该是 2015 年横空出世
再生医学工程等，近年来他在《美国国家 的智能胰岛素贴片，这种贴片能够根据人
科学院院刊》（Proceedings of the National
体的内环境状态准确地释放胰岛素，堪称

葡萄糖 生物还原 GRV 的解离和胰
自组装 岛素的释放

胰岛素 葡萄糖应激囊泡（GRV）

葡萄糖氧化酶（GOx） 疏水基团 亲水基团 将 GRV 放置
在胰岛素贴片
葡萄糖 血糖正常 血糖偏高
的纳米针里
生物还原 基准 释放
释放 增强
2- 硝基咪唑（NI）

2- 氨基咪唑
透明质酸（HA）

糖尿病患者的福音。[1] 这是一种新型的治 适应调节血糖的玄机。简单而言，贴片模
疗糖尿病的医疗产品，由顾臻的研究小组 拟了人体胰岛细胞内胰岛素的释放机制，
开发，研究成果发表在 2015 年 6 月的《美 血糖升高时能自动释放胰岛素。而胰岛素
国国家科学院院刊》上。[2] 文章对这种贴 就藏在贴片的小针里，顾臻的研究小组用
片的组成和原理进行了详细的描述。贴片 自组装双极型分子包裹将它们包裹起来。
使用起来十分方便，上面有一些十分细小 当处于较高浓度的葡萄糖环境时，双极型
的针，并有序地排列成阵列，可以无痛地 分子会与葡萄糖发生反应，发生形态上的
贴在皮肤上，而在这些小针里就暗藏着自 变化，胰岛素就这样释放出来了。这样的

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释放机制与人体内部胰岛素的释放机制类 地采用合成材料对其进行包裹和保护，又
似，巧妙地解决了糖尿病人适时适量使用 会对靶向药顺利到达肿瘤处产生影响 [4]。采
胰岛素的难题。 用血小板的细胞膜可谓一大创新，不仅能
将靶向药定向带到指定位置，也能保护靶
除了成名作“胰岛素贴片 "，顾臻还是一位 向药不受人体免疫系统的攻击。这种药物
抗癌战士，而这也是他的宿命。顾臻的生 将定向用于治疗肿瘤切除手术中未切除干
父在顾臻四个多月大时因癌症逝世，而他 净的微肿瘤，这些微肿瘤如果不加以治疗，
的继父在顾臻上小学时也不幸患癌。顾臻 有可能会造成癌细胞的转移，癌症也有可
从小就立志报考医学院，但是高考的失利 能再次发作。肿瘤切除的术后恢复也成为
让他错过了就读医学院的机会。虽然之后 医学界研究的热点。血小板天生就能识别
的这些年，顾臻一直在化工和高分子材料 伤口，能够精准地到达肿瘤切除手术后的
相关的专业就读和做研究，但最终他还是 伤口处，参与伤口愈合。因此，采用血小
绕了回来，决定研究如何有效治疗癌症的 板携带特效药定向打击这些微肿瘤无疑是
相关课题。2010 年，顾臻在博士毕业之后 最好的办法之一。
来到麻省理工学院化工系 /Koch 癌症复合研
究中心、哈佛大学医学院，任职博士后研 在严谨的学术圈外，顾臻也散发着创造的
究员，师从药物传递、组织工程奠基人罗 光辉。在本科四年的学霸生涯里，顾臻也
伯特·兰格（Robert Langer）教授，走上了 是化工学院特别会玩的学生会主席——南
自己宿命般的抗癌道路。2017 年，顾臻终 京大学历史上第一个大型娱乐互动晚会、
于以自己的方式迈出了对抗癌症的第一步， 第一个以学院为单位的毕业典礼、跳舞机
他发现血小板细胞膜能够制作成为高效的 大赛以及其他很多活动都是顾臻一手操办
智能递药系统，将药物精准地递送到需治 的。“有想法”“鬼点子多”是对顾臻的
疗的肿瘤处 [3]。这样的智能递药系统将有效 评语中出现最多的词汇。他就这样游刃有
提高治疗癌症的特效药（例如 PD-1/PD-L1 余地在学业和学生工作中穿插，让人不得
抗体）的药效。因为，当类似 PD-1/PD-L1 不佩服他的旺盛精力。在加利福尼亚大学
抗体的靶向药进入人体时，免疫系统也会 洛杉矶分校读博期间，顾臻研究了一种可
对它们进行识别和攻击，这就使得到达肿 以在纳米尺度上进行生物分子排列的电磁
瘤处的靶向药的数量大打折扣。若是简单 纳米印刷术，同时他也收获了美丽的爱

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情——遇见了他现在的妻子。和大多数工 学家，专注于研究有关癌症或糖尿病的生
科生一样，顾臻也是天天泡实验室，当时 物递药研究。他走上这条路，对于医学界、
还是女朋友的妻子难免有些抱怨。但是他 对于我们来说都是一大福音。顾臻已经在
又是一位浪漫的工科男，他利用与课题相 纳米医学领域提出了很多有建设性的科学
关的技术制作了一个比头发丝还细的芯 成果，这些成果也注定要影响癌症、糖尿
片，作为礼物送给妻子，并且在上面呈现 病和其他一些疾病的治疗方法。而顾臻也
了“Cathy: I love you”的图案。这种极客 是注定要改变世界的人，他也完美地诠释
的罗曼蒂克迅速打动了妻子。 了 “改变世界，从想法和实践开始”。

现在，顾臻教授已经是纳米医学的领衔科

参考文献

[1] Nowogrodzki a. Diabetics are tired of sticking themselves with needles. Someday they may
not have to[EB/OL].https://www.technologyreview.com/lists/innovators-under-35/2015/pioneer/zhen-
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of the United States of America, 2015, 112(27):8260-5.
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Nanocarriers for Enhanced Anticancer Therapy (Adv. Mater. 17/2016)[J]. Advanced Materials, 2016,
28(17):3313.
[4] Wang C，Sun W，Ye Y.In situ activation of platelets with checkpoint inhibitors for post-surgical
cancer immunotherapy[J]. Nature Biomedical Engineering, 2017.

135

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将阳光变为燃料

脱的学者，在随后不到 6 年的时间里，就升
任加州大学伯克利分校的终身教授。在加州
大学伯克利分校的历史中，化学系迄今为止
只聘用过 2 名华人科学家作为终身教授，前
一位是诺贝尔化学奖得主李远哲博士，而另
一位正是日后在纳米材料领域做出突出贡献
的杨培东。

杨培东（Peidong Yang） 1971 年 8 月，杨培东出生在有“人间天堂”
美誉的江苏省苏州市。杨培东的家庭背景
获奖年份：2003 平平，他的父亲是一位医生，母亲则是一
获奖时年龄：32 名幼儿园教师。1988 年，从木渎中学毕业
获奖时职位：美国加州大学伯克利分校化学系教授 的杨培东顺利考入了中国科学技术大学应
获奖理由：杨教授在纳米线及其延伸研究人工光合 用化学系。在中国科学技术大学就读期间，
作用方面的突破性进展，使人类在清洁能源的生产 杨培东曾获得本科生群体的最高荣誉——
方面又向前迈进了一步。 郭沫若奖学金。1993 年，杨培东进入美国
哈佛大学求学，4 年后获得了哈佛大学化
1999 年，一位戴着眼镜、看上去还有些学生 学博士学位，随后进入加州大学伯克利分
气的华人青年走进了美国加州大学伯克利分 校工作。2003 年，年仅 32 岁的杨培东被授
校的校园，他的职业生涯随后将在这里度过。 予“2003 年《麻省理工科技评论》35 位 35
1998 年 5 月，这位青年刚刚完成了为期 18 岁以下科技创新青年”称号。2016 年 5 月，
个月的博士后研究工作。此时的他虽已在大 杨培东被推选为美国科学院院士。
学担任教职，但从他的脸上还是能看出些许
学生气。就是这样一位看上去还有些稚气未 如此光彩夺目的学术成就自然不可能唾手
可得。瞄准一个正确的标的进行始创性的

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研究，这种思维一直是杨培东在开展科研
工作时所坚持的理念。而就是在这种理念
的指引下，杨培东最终在纳米材料领域实
现了突破。

纳米领域的科研标的往往是纤细到只有头发 使用包括光谱仪在内的大型仪器验证细菌生成的是预期的产物
丝直径的万分之一的晶体结构、金属丝，以
及微小如一只蚂蚁般的神经环路，这是一个 杨培东等人在几百万个金属微滴中同时进
人类肉眼所不及的隐秘世界，而杨培东却一 行了这项实验，最终成功获取了为数不少
直致力于寻找这个“螺蛳壳”中的美。与此 的纳米线。这些材料为氮化镓和氧化锌的
同时，纳米材料的市场前景也一直被人们看 纳米线共同形成了一个纳米“森林”。在
好。从 2013 年起，世界各主要工业国纷纷 专业的观测仪器下，这片纳米森林可以发
加码纳米研究，很多知名院校更是以自己在 出明显的紫外光。只要对这种导线稍加整
纳米科技方面的研究成果而自豪。在纳米科 合，形成较大的结构，那么研究人员就能
技研究领域，纳米线一直是所有纳米器件的 够进一步制作出微型激光器、微型晶体管
关键，而制作纳米线正是杨培东开展研究的 和微型存储器阵列，甚至类似于犬类鼻部
主攻方向。 的化学敏感结构。

为了制造出纳米线，杨培东利用了可以熔化
金薄膜以及其他金属形态的特殊小室。在这
种小室中，金属会被分解为纳米级别的微滴。
在这些金属微滴的上方喷射一些化学蒸气硅
烷，这些蒸气的分子结构就会被分解。在极
短的时间内，这些蒸气分子会在已经熔化的
金属微滴上达到超饱和的状态，继而形成纳
米尺寸的晶体。随着更多的蒸气分子被金属
微滴所分解，这些晶体会结合为树枝状的
形态。

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在既有的纳米森林的基础上，杨培东通过 杨培东利用金属小室制成了具有实用性的
引入不同类型的蒸气的方法，进一步调整 纳米线，这在国际上尚属首次。而杨培东
了纳米线的化学成分，最终得到了一个由 也通过这个极具创造性的举动，将半导体
硅与半导体硅锗成分构成的界面，该界面 纳米线这个概念在科学界成功地确立下来。
可以实现对计算机芯片的快速冷却。 杨培东在随后的几年中，研制出了人类历
史上首件纳米线激光器。凭借这项成就，
2003 年 4 月，英国《自然》杂志发表了杨 杨培东甚至跻身于 2014 年度诺贝尔物理学
培东研究团队关于单晶体氮化镓纳米管的 奖的热门人选之列。
论文，这标志着杨培东在纳米线应用方面
的又一个重大突破。杨培东所研发出的单 在纳米线方面的巨大成就，不仅让杨培东
晶体氮化镓纳米管的化学性质较为稳定， 一举踏进了世界纳米材料研究领域的最前
并具备一流的光电性能。 沿，更为其后来在人工光合作用方面的技
术突破打下了基础。[1]
利用单晶体氮化镓纳米管，杨培东和他的
团队不仅改变了原有电子器件（如计算机 早在 20 世纪 90 年代初，人类就试图通过
器件、激光器等）依赖二维半导体接口的 光敏色素建立人工光合作用模拟系统的方
局面，率先实现了电子器件接口的一维化， 法实现初步的人工光合作用。而当时间来
同时也大大减少了电子器件接口的接触面 到了 21 世纪，人类更是加快了对人工光合
积。在杨培东看来，这种从二维到一维的 作用的研究工作，美国前总统奥巴马更是
转换，将形成可观的应用潜力。在不久的 多次提到要把阳光变为燃料。世界各国的
将来，一维化的电子器件接口在计算机、 学者们都试图从不同的领域切入，通过跨
光电设备、生化传感器等领域都会占据一 界融合的新思维来实现这一设想。而最终
席之地。 实现这一设想的，依然是杨培东。[2]

在直径仅为人类头发丝千分之一的纳米线 杨培东利用纳米技术实现人工光合作用的
上，杨培东的研究团队研发出了全球最小 基本原理为：通过把纳米线阵列和工程细
的激光器——纳米线激光器。 菌互相结合，形成一个与自然界的植物具
有相同功能的人造系统，进而在这个系统

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在该设备中，光将水和二氧化碳转化为燃料，转化生成的副产物——纯氧通过管道逸散

中复制光合作用的过程。[3] Moorella thermoacetica 作为一种非光合细菌，
在硫化镉纳米粒子的作用下，通过自光敏
而 在 具 体 的 操 作 层 面， 杨 培 东 先 是 对 化（Self-Photosensitization）制备乙酸的速度
厌 氧 环 境 中 生 成 的 乙 酸 的 细 菌 Moorella 和产量，完全不逊于自然条件下的光合作
thermoacetica（热醋穆尔氏菌）进行了改造。 用，在一定条件下甚至会超过后者。而杨
随后，他把溶液中的镉离子与半胱氨酸转 培东所建立的这种细菌 - 无机物质相混合
变成了硫化镉（CdS）纳米粒子，硫化镉 的人工光合作用系统，能够利用生物沉淀
纳米粒子具有不溶性。接着，他又将该纳 硫化镉纳米粒子的方式开展自我复制。这
米粒子在细胞表面进行了析出操作。接下 些纳米粒子能够作为光收集器，同时可以
来，杨培东通过光线照射，使硫化镉纳米 维持细菌的存活。[4]
粒子释放出了电子。最后，他将这些电子
送进了 Moorella thermoacetica 细菌体内， 硫化镉作为一种学术界极为关注的带结构
把二氧化碳还原成了乙酸。 （Band Structure）半导体，在光合作用方面

139

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系统中的部分细菌可以生成甲烷，直接当作燃料使用；其他细菌则会生成乙酸盐，供基因改造过的细菌使用，生成燃料和塑料。此处以乙
酸盐为食的细菌是大肠杆菌

自然是极为适用的。而Moorella thermoacetica 应的替代品，就能大大降低人类对石油等
可以被看作是一台传真机（它能够实现电子 化石资源的消耗，有效扭转由二氧化碳过
在电极上的直接转移），或一个产乙酸菌（它 量排放所导致的全球气候变暖局面，促进
能够以近 90% 的光合特异性直接生成乙酸）。 社会可持续发展。只要人工光合作用在商
所以，杨培东所设计的这种混合系统可以被 业化应用方面实现了质的突破，那么交通
视为业界目前最理想的人工光合作用系统 产业、光伏产业甚至全球的能源市场都会
模型。[4] 发生颠覆性的变化。[4]

杨培东曾向外界描绘过“人工树叶”的发 杨培东既是这么想的，也是这么做的。事
展前景：通过人工光合作用，人类可以将 实上，除了学者的身份，杨培东也是美国
太阳能转化为甲醇、氢气等化学燃料，而 纳米技术公司 Nanosys 与 Alphabet Energy
这些燃料能够直接作为汽车等机械的动力 的创立者之一。他在这两家公司担任科技
来源。 顾问。这两家公司一直致力于将杨培东在
纳米技术方面的研究成果进行商业化应
目前，在全球的能源结构中，燃油占到了 用，目前正处于平稳发展的阶段。[1]
近 90%。假如利用人工光合作用生产出相

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现在，经常往来于中美两国的杨培东依然 项目以辨识度，杜绝脸谱化。”很显然，
保持着自己的科研风格——每天至少工作 杨培东已在纳米技术研究领域确立了自己
13 小时。他曾对慕名而来的青年学者说： 的个人风格。[2]
“搞科研一定要追求原创，要赋予自己的

参考文献

[1] 林小春 . 原创·冒险·效率——记美科学院新科院士杨培东 [R/OL].(2017-05-05)[2017-08-02].http://
news.xinhuanet.com/2016-05/05/c_1118806985.htm.
[2] 郭 勉 愈 . 杨 培 东：探 寻 纳 米世界 的 美 [R/OL].(2012-05-28)[2017-08-02].http://news.sciencenet.cn/
htmlnews/2012/5/264729.shtm.
[3] Peidong Yang | College of Chemistry[EB/OL].[2017-08-02].http://chemistry.berkeley.edu/faculty/
chem/yang.
[4] 大牛杨培东《Science》新作：让细菌利用太阳能进行化学合成 [R/OL].(2016-01-06)[2017-08-02].http://
www.x-mol.com/news/1672.

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让机器人学会学习

塞吉·莱文 (Sergey Levine) 环境相对简单的工厂中运行，而无法走进千
家万户的日常生活。但这种局面很快就会被
获奖年份：2016 打破。一位美国的青年学者将多种功能强大
获奖时年龄：29 的软件融合在了一起，并结合自己在机器人
获奖时职位：美国加州大学伯克利分校助理教授 学习（Robotic Learning）方面的前沿技术，
获奖理由：塞吉 • 莱文在机器人研究方面所取得的 成功地使机器人在经验积累中学会了执行任
进展，使机器人在拥有极强自学能力的同时，还提高 务。他就是被授予“2016 年《麻省理工科技
了机 器人 执行 实 际 任 务 的 潜力，进 一 步 拓 展了机 器 评论》35 位 35 岁以下科技创新青年”称号
人在现实社会的应用范围。 的杰出的科学家塞吉·莱文。[1]

塞吉·莱文出生于 1987 年，他在 2005 年考入
美国斯坦福大学。在此后近 10 年的时间里，
塞吉·莱文先后获得了斯坦福大学所授予的
计算机科学学士、硕士以及博士学位。2015
年 6 月，他加入谷歌公司，担任谷歌研究所

现如今，人工智能这个概念对于人们来说早 塞吉·莱文的算法可以帮助机械臂自学如何处理各种物体
已不再陌生。在各种专业领域，机器人正以
其稳定的运行能力出色地完成人类交办的一
项又一项任务。但是，工作的高效率并不能
掩盖当前人工智能的重大缺陷：机器人无法
通过经验的积累习得某件事情。正是这种僵
化的技术能力，使得绝大多数机器人只能在

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的研究员。2016 年秋季，塞吉·莱文又接受 超人类大脑的运算速度证明了自己足够高
了加州大学伯克利分校的聘书，担任该校电 效，可以胜任一些人类难以应对的工作。但
气工程与计算机科学系的助理教授 [2]。塞吉· 在后者的层面，既有的人工智能系统却尚未
莱文在人工智能领域的研究方向侧重于机器 达到炉火纯青的地步，有些在人类看来最容
人的自我决策和控制，其中的关键点是深度 易、最寻常的动作（如擦桌子、拿水杯等行
学习和算法强化。 为），机器人要做起来却难如登天。而要使
机器人也能顺利地具备这些行为能力，强大
2016 年 3 月 9 日 , 人工智能系统中的代表阿 的学习能力显然十分重要。
尔法狗和世界一流围棋选手李世石进行了一
场别具一格的人机大战。最终，阿尔法狗凭 而塞吉·莱文接下来要进行的研究，正是教
借强大的运算能力成功地打败了李世石。机 会机器人怎样通过对经验的积累和处理，最
器完胜人类高手，这使人们深刻地认识到了 终自学成才。
人工智能的强悍实力。就在阿尔法狗和李世
石激战正酣之时，塞吉·莱文已入职谷歌公 在谷歌研究所里，塞吉·莱文带领他的研究
司近 9 个月。在这大半年的时间里，他见证 团队，将 14 只机器人手臂摆放在同一片区域，
了谷歌人工智能系统从问世到实战再到胜 并让这些设备在连续几个月的时间里连续不
利的全过程。在对阿尔法狗在深度学习领 断地拾起不同的物品。这些物品有重有轻、
域所获得的进步感到钦佩的同时，塞吉·莱 有扁有方、有大有小、有软有硬、有半透明
文也察觉到了这个围棋游戏超级算法中所 的也有不透明的。日夜不停地拾起物品看上
存在的一个明显短板——无法进行充分的 去是在做无用功，但塞吉·莱文却认为这种
学习。 方法独一无二，具有非凡的意义。他认为，
之所以要让这 14 只机械手臂一刻不停地拾
“即便它们（阿尔法狗程序）可以击败世界 起不同特性的物品，就是为了让这些机器人
最顶尖的围棋选手，但它们却不能亲自拿起 学习在捡拾不同物品时的各种经验，将工作
哪怕一枚棋子。”在塞吉·莱文看来，机器 经验内化为自己的工作方法。
人的能力既要包括运算能力，也要拥有强大
的学习（或者说模仿）能力。在前者的层面， 按照传统的机器学习理论，人类要想使机器
以阿尔法狗为代表的人工智能系统已经以远 人学会某个动作，首先就得让机器人去认识、

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鉴别不同的物体，然后还要进行多次的训练， 关的机械手臂就能变得越来越聪明。
最后才能实现目标。这种传统的方法在教导
机器人执行简易的任务（如拧紧瓶盖）时还 事实上，要让机械手臂学会拾起不同种类的
可行，但基于这种方法的训练过程将十分漫 物体，对于塞吉·莱文等研究人员来说并不
长且乏味。长时间的适应周期与人们对机器 是一件容易的事情。由于传感器数据与实际
人轻松便捷的工作要求背道而驰。而在面对 动作之间并不存在明显的直接联系，特别是
稍微复杂一些的工作任务时，反复训练的方 当来自不同方向的传感器数据猛然间涌入控
法却并不能取得明显的效果。 制系统时，机械手臂更不可能在瞬间就对下
一步的行为做出最佳选择。
正是看到了传统方法在复杂行为方面的无
力，塞吉·莱文和他的团队决定另辟蹊径， 为了克服这种延迟，塞吉·莱文的研究团队
采用新的方法对机器人开展行为教学。新方 又对机械手臂进行了具有针对性的调教。他
法的特别之处在于，把当时技术条件已经十 们让机械手臂漫无目的地使用单目视觉伺
分成熟的图像判别分类算法植入机械手臂 服系统和深度卷积神经网络（Convolutional
中，使机器人得以通过逆向工程从既有的成 Neural Network，CNN），在机械手臂不断
功经验中学习各种行为。 拾起水杯、胶带底座和海豚玩偶的过程中，
让那些机器人持续地对抓取结果进行预先判
一方面，塞吉·莱文为机械手臂设置了一些 断。与此同时，机械手臂的深度卷积神经网
行为上很容易实现的目标 ( 如拧紧瓶盖 )； 络也会持续地开展自我再训练。这种预判训
当第一个目标实现之后，机械手臂中的相关 练在刚开始的时候会遭到失败，但随着尝试
视觉系统便会自动存储刚才的每一个步骤， 次数的增加，其准确率会逐渐提高。
并将其转化为自己的工作思路，为完成今后
相同的任务提供现成的、量化的参考。另一 在开展预判训练的初期，塞吉·莱文的研究
方面，在机器人后续的工作过程中，控制系 团队并未使用所有的机械手臂，但之后为了
统会自行对机械手臂的电机信号进行监测， 加快训练的进度，塞吉·莱文最终还是将 14
一旦发现电机信号与视觉系统中的既有数据 只机械手臂全部投入到训练中。值得注意的
相异，控制系统便会做出即时修正，继而确 是，机械手臂在接受自我再训练时，其一系
保机械手臂准确地完成任务。长此以往，相 列行为完全是自主进行的，塞吉·莱文等研

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究人员所要做的仅仅是把盛放物品的箱子装 根据环境的变化而做出调整的能力。这时，
满，并接通电源，坐等机械手臂自行完成任务。 新的问题又出现了：机械手臂能够轻松应对
可预判的物品和环境，但当一个以前从未出
经过塞吉·莱文为期一年的训练，谷歌研究 现过的物品摆在面前时，那些机械手臂还能
所的那 14 只手臂已经可以自行抓取并拾起 成功抓取这些陌生物品吗？
几乎任何小巧的物体。然而机械手臂中的编
程信息，一般只具有识别物品并依照既定的 为了搞清楚这个问题，塞吉·莱文的研究团
程序做出反应的功能，并不具备像人类一样 队引导机械手臂伸到装满无规则物品的箱子

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中，并让这些机器人随机抓取物品。24 小时 是去抓取柔软的物品并避开坚硬的物品。
之后，塞吉·莱文对机械手臂抓取物品的数
据进行了整理，并通过这些数据训练机械手 当机械手臂完成所有这些难度稍高的任务
臂的神经网络，以使其抓取物品的效果更为 时，并没有收到任何来自程序人员的系统指
理想。在历经总数多达 80 万次（相当于 3000 令或暗示，但它们依旧能够从既有的实践经
小时的重复训练）的抓取行动之后，那些机 验中学习。同时，这些机械手臂还可以通过
械手臂便能够自行校正自己的行动。很快， 对反馈环路的充分运用，把抓取物品的失败
这些机器人就学会了更加流畅地抓取物品； 率降低到 20% 以下。
在某些情况下，它们还懂得采用一些策略，
例如推开一个物品去抓取另外一个物品，或 塞吉·莱文在计算机图形视觉、逆向强化学习、

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可扩展算法等方面所取得的进展，极大地促 目前，在塞吉·莱文研究团队的调教下，谷
进了人工智能从弱人工智能向强人工智能的 歌研究所中的各类机器人早已练就了抓物神
转变。伴随着自身的持续升级和市场推广， 功。不过，要想让这些聪明的手臂走出实验
人工智能在可以预见的将来不仅会重新定义 室，进入真实世界，并从容应对复杂多变的
传统企业的发展模式，而且还会逐步演变为 光照环境、种类繁多的目标物，以及不同程
国民经济中的又一个生产要素。据权威机构 度的机械磨损，显然还需要塞吉·莱文进行
预测，目前全世界人工智能市场的年化增长 更长久、更细致的训练。而塞吉·莱文本人
率将很快达到 36%，而到了 2025 年，全球人 已经向外界宣布了自己要对机械手臂进行实
工智能市场的总规模将升至 3 万亿美元。届 用性研究的意愿。尽管相关的机器人学有所
时，医疗、汽车、金融、安防、芯片、通信 成尚需时日，但人类社会迎来更具智慧、
等产业都会在人工智能浪潮的冲击下出现颠 更有灵魂的机器人已经不再是遥不可及的
覆性的变革。 梦想。[1]

知识延伸
机器人算法

参考文献

[1] Meek A.Meet the professor who will help robots learn common sense[J/OL].(2016-10-31)[2017-
08-22].http://bgr.com/2016/10/31/artificial-intelligence-companies-sergey-levine/.
[2] Sergey Levine[R/OL].[2017-08-22].https://people.eecs.berkeley.edu/~svlevine/.

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打破阿尔茨海默病
的魔咒

伊丽莎白·莫尔米诺（Elizabeth Mormino） 看来，祖父之所以遭此不幸，主要是因为当
时的医疗技术不足以对此病症做出提前预
获奖年份：2015 警，而她要做的，就是通过对相关专业的学
获奖时年龄：33 习，找到一种针对阿尔茨海默病的有效诊断
获奖时职位：马萨诸塞州总医院与哈佛医学院讲师 方法。在理想的指引下，这位女青年围绕着
获奖理由：伊丽莎白·莫尔米诺所研发的 β- 淀粉样蛋 阿尔茨海默病进行了细致缜密的研究，并凭
白检测方法，有望让民众在 18 岁时就对罹患阿尔茨 借自己研究出的阿尔茨海默病早期预测方
海默病的风险做出预测。 法，被授予“2015 年《麻省理工学院技术评
论》35 位 35 岁以下科技创新青年”称号，
2000 年，一位活泼开朗的女青年来到了美国 她就是如今在阿尔茨海默病研究领域具有一
加州大学洛杉矶分校的校园。这位女青年即 定国际影响力的伊丽莎白·莫尔米诺。
将在这里开始自己为期四年的对神经系统科
学的学习。而她之所以要选择神经系统科学 伊丽莎白·莫尔米诺生于 1982 年。2000 年，
这个专业，很大程度上是因为她的祖父—— 她进入美国加州大学洛杉矶分校神经系统科
多年以前，她的祖父罹患了阿尔茨海默病， 学专业学习，4 年后获得了该校授予的学士
从此以后再也不能和她亲切地交流了。在她 学位。2011 年，她又完成了加州大学伯克利
分校的研究生学业，并获得了神经系统科学
博士的学位。2011 年 12 月，急于找出阿尔
茨海默病预测方法的伊丽莎白·莫尔米诺来
到了位于美国东部的大都市——波士顿。在
那里，她同时担任马萨诸塞州总医院与哈佛
医学院的博士后研究员，后又升职为讲师。
2017 年 1 月，伊丽莎白·莫尔米诺来到了斯
坦福大学，以助理教授的身份在该校医学院
任职。

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在马萨诸塞州总医院和哈佛医学院的研究 可以在易受其影响的青年（发病之前）中检
经历，使伊丽莎白·莫尔米诺有机会接触到 测到的。但由于个体的差异以及人体脑组织
更多的阿尔茨海默病病例。而伊丽莎白·莫 的复杂性，科学家对阿尔茨海默病的预测并
尔米诺本人也在这些充满实践氛围的环境 不是一件容易的事情。
中实现了医学界在阿尔茨海默病诊断方面
的有效突破。 为了找到这种对阿尔茨海默病具有标示作用
的遗传因素，伊丽莎白·莫尔米诺带领她的
阿尔茨海默病（Alzheimer’s Disease，AD）， 团队选取了 166 位阿尔茨海默病患者和 1026
又名“老年痴呆症”，是一种与人体神经系 位健康的成年人（平均年龄为 75 岁）作为
统有关的退行性疾病。患者如果在 65 岁之 研究的对象。伊丽莎白·莫尔米诺检查了这
前发病，被称为“早老性痴呆”，而在 65 些人群的基因组数据，仔细查找着在每一个
岁之后发病，则被称为“老年性痴呆”。阿 研究对象身上都可能存在着的与阿尔茨海默
尔茨海默病的临床特征一般表现为意识与记 病有关的特定基因变体，继而根据罹患该疾
忆功能的不断退化，以及由此引发的生活自 病的风险大小对这些研究对象进行打分。
理能力的持续丧失。在伊丽莎白·莫尔米诺
之前，医学家们已经通过大量的研究证实了 此外，在开展这项针对阿尔茨海默病的研究
这样一种理论：阿尔茨海默病并不是突发性 活动中，伊丽莎白·莫尔米诺还创造性地将
的疾病，而是一种与生俱来的疾病，且在患 显像剂匹兹堡复合物 B 正电子发射断层扫描
者表现出病发症状之前，其脑部病变因素已 (PET-PIB) 和磁共振成像 (MRI) 这两种技术结
经隐藏且对脑功能的破坏作用至少持续了 10 合在了一起，对研究对象进行了综合分析。
年。根据这种理论，“在患者发病之前便做 其中就包括对认知功能、记忆能力、脑内海
出预警”就成了最直接，同时也是最有效的 马体积等细分项目的研究。
阿尔茨海默病的防治办法。
经过研究，伊丽莎白·莫尔米诺在阿尔茨海
事实上，在伊丽莎白·莫尔米诺涉足阿尔茨 默病患者的大脑中发现了一种名为“β- 淀
海默病之前，相关的学者已经发现：阿尔茨 粉样蛋白”的特殊物质。一个人的大脑中一
海默病的发病机理与患者大脑中的某些遗传 旦出现这种蛋白，则意味着其认知功能将逐
因素存在着较大的关联，而这些遗传因素是 步退化。同时，正是凭借着自己所采用的

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PET-PIB 和 MRI 的综合分析技术，伊丽莎白· 会发病，但该病的祸根其实在患者年轻时就
莫尔米诺得以直观地看清 β- 淀粉样蛋白的 已经埋下了——较小的海马可能会导致青壮
真面目。 年脑部 β- 淀粉样蛋白的产生，而 β- 淀粉
样蛋白会在几十年后直接诱发阿尔茨海默病
在找到特定致病基因 β- 淀粉样蛋白的同时， 的临床症状。
伊丽莎白·莫尔米诺和她的研究团队在对海
马体的研究方面也有了重要的进展。伊丽莎 在该项研究结论的基础上，伊丽莎白·莫尔
白·莫尔米诺发现：罹患阿尔茨海默病风险 米诺又进一步做出了推导：阿尔茨海默病的
较大的成年人，其脑部的海马组织往往比较 罹患风险，可以在其临床表现出现之前就被
小。而海马（又称海马体、海马回或海马区） 外界检测到，即使是在相关人员年轻的时候。
正是人体脑部组织中专门负责处理长期记忆 当然，伊丽莎白·莫尔米诺心里也很清楚，
的一种结构。 此次接受这个研究活动的对象数量有限，要
想得出更加准确的结论，还有赖于更大规模
“除了特定的 β- 淀粉样蛋白，阿尔茨海默 的研究。
病的发病是不是也与较小的海马有关？”带
着这样的疑问，伊丽莎白·莫尔米诺对那些 发现了阿尔茨海默病的致病机理，也就意味
尚未患病的成年人进行了后续的跟踪研究。 着相应的预防和诊断工作变为了可能。2016
结果证明了她的猜想：不管最终是否患病， 年 6 月 6 日，伊丽莎白·莫尔米诺的研究团
对于老年人来说，基因风险评估得分越高， 队在《神经病学》（Neurology）期刊上正式
则意味着相关人员的记忆力越差、海马体积 发表了自己的研究成果。随后，伊丽莎白·
越小。在 3 年时间里，共有 194 位老人的认 莫尔米诺在既有成果的基础上又开始了应
知功能达到了及格水平，15 位老人产生了轻 用性研究，她的最终目标是建立了一个基
度的认知障碍。而在原本就患有轻度的认知 于 β- 淀粉样蛋白基因的阿尔茨海默病评估
障碍的 332 位老人中，有 143 位老人最终罹 体系。尽管由伊丽莎白·莫尔米诺所创造的
患了阿尔茨海默病。 这项分析技术目前仍处在实验阶段，尚未进
入商业应用领域，但伴随着世界人口整体走
至此，伊丽莎白·莫尔米诺得出了自己的研 向老龄化，老年人的健康将受到全社会越来
究结论：尽管阿尔茨海默病在患者年老时才 越多的关注，而伊丽莎白·莫尔米诺的研究

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成果也必然会在社会中发挥越来越重要的 作为一名科研工作者，伊丽莎白·莫尔米诺
作用。 心里一直十分清楚，当病发的时候再去医治
她那早已被诊断为阿尔茨海默病的祖父已不
就在伊丽莎白·莫尔米诺探索出新型阿尔茨 现实。但她并不能因此就止步不前，因为在
海默病检测方法的当年，全球的阿尔茨海默 世界范围内仍然有千千万万的老年人甚至中
病患者的数量已突破 4600 万人。但根据相关 年人，正在遭受阿尔茨海默病的威胁。为了
机构的预测，到 2030 年，全球的阿尔茨海默 尽早消除这种威胁，伊丽莎白·莫尔米诺必
病患者的数量会达到 7500 万人左右，而到了 须不断探索治疗这种疾病的途径。事实证明，
21 世纪中叶，全世界的阿尔茨海默病患者的 伊丽莎白·莫尔米诺的确在阿尔茨海默病防
规模更将一举超过 1.3 亿人。数量巨大的患者 治领域探索出了一条新的实现路径。
群体会直接促生一个规模达 6000 亿美元的医
疗细分市场。

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“爱玩”的科技创新者

物美价廉的电池，为中国的蓝天得以重现做
出自己的努力。因为更持久耐用的电池有利
于电动车辆的推广，这可能是北京雾霾天气
得以解决的一个突破口，毕竟汽车排气排放
物中排放出的细微颗粒物大约占到总量的三
分之一。

伍晖（Hui Wu） 伍晖出生于 1983 年，母亲是一位护士，父
亲是一位中学的化学老师。在他八九岁时，
获奖年份：2014 父亲就带着他到学校去旁听。旁听的时候，
获奖时年龄：31 伍晖经常能看一些瓶瓶罐罐以及一些材料与
获奖时职位：清华大学材料学院副教授 试剂发生的各种奇特的反应。这些现象无时
获奖理由：用更物美价廉的电池还中国的蓝天。 无刻不吸引着他。在 2000 年时，17 岁的伍
晖考入了清华大学，从小就迷恋各种实验
被授予“2014 年《麻省理工科技评论》35 位 的他顺理成章地选择了化学工程系的高分
35 岁以下科技创新青年”称号的伍晖，在 子材料化学专业。自从大二可以进入实验
31 岁时任清华大学副教授，那一年也是他留 室，他就开始了自己的幸福时光。自那以
学归来的第二年。虽然回国时间不长，可他 后，他就经常待在实验室里，在实验室的时
却觉得自己的任务很艰巨，“当我在加利福 间一点都不比一个研究生少。付出必然是有
尼亚的时候，天空总是明亮的蓝色，但我很 收获的，大量的实验操作使他的动手能力得
少在北京见到过那样的天空。”中国的环境 到了增强，伍晖通过动手实验也做出了几个
污染程度使他不得不加快脚步，制作出更加 成果。虽然用他自己的话说，那都是小打小
闹和好玩儿的成果而已。可就是其中的一个
小打小闹使他成功地在大学生挑战杯的比赛
中获奖。本科期间所做的各种实验更加坚定

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了伍晖要走学术道路的心。大学毕业以后， 科的只是动手实验，到博士时能够独立设计
他被保送为本校（清华大学）的研究生。虽 科研计划，再到后来可以做一些具有创新性
然他交叉到了材料科学与工程系，与他原来 的研究实验，最后自己总结成论文，这种全
的专业有些许差距，专业方向的变动对学习 过程式的掌控训练过程，对伍晖以后的发展
也会有一定的影响，但伍晖却说：“当时我 起到了很大的作用。
发现，清华的材料学院力量非常雄厚，如
果把我们在化工或者有机化学方面的背景 博士读完之后，伍晖又申请到了美国斯坦福
结合到材料学院，将发展出一个很前沿的 大学博士后研究工作的资格，师从崔屹教授，
学科。” 开始了他为期 5 年的美国留学生涯。虽然斯
坦福大学的材料系只有十几名教授，可它在
带着这样的心情，伍晖开始了他新的旅程。 学术界的地位却可以在美国排到前三。整个
伍晖在材料系跟随潘伟教授，获得了硕士及 学院的学术氛围良好，出过很多优秀的科研
博士学位。在读博期间，伍晖曾经负责过一 人才，也出过不少科研成果。
个项目，就是将一个传统的高分子材料纳米
纤维进行加工转型，并应用到无机纳米陶瓷 跟随专业基础功底扎实的潘伟教授学习的伍
纤维的制备和性能研究方面。“这个项目的 晖，深受潘伟教授的影响，打下了很好的
收获很大，我们做了很多很有意思的东西， 基础。而斯坦福大学教授崔屹是一位非常富
也自由拓展了很多好玩儿的东西，如各种陶 有激情和闯劲的人。虽然伍晖师从的两位导
瓷纤维，甚至还有一些金属纤维……”伍晖 师——潘伟教授和崔屹教授——风格各异，
头头是道地说。攻读博士期间，伍晖不仅拥 但中西合璧的思路让伍晖在学术的道路上走
有了很强的动手实验能力，还将实验结果提 得越来越远。扎实的基础和对科研的热情，
升到了理论总结的层面，也就是论文层面。 让伍晖在专业领域逐渐显露锋芒。伍晖尤其
仅在读博期间他就发表了十几篇学术类论 是在与清洁能源有关的无机功能材料和纳米
文，其中一些还被比较高端的刊物发表。伍 纤维的结构、功能一体化领域，对锂离子电
晖在博士毕业时写的论文更是被评为北京市 池电极材料和氧化物纳米材料进行了相当系
优秀博士论文，还被收录到全国优秀百篇博 统的研究。被授予“2014 年《麻省理工科技
士论文之中。因为伍晖成绩优异、学习成果 评论》35 位 35 岁以下科技创新青年”称号，
颇多，还被评为清华大学的学术新秀。从本 就是因为他在电池电极方面的研究取得了很

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大的进展。用硅作为锂离子电池的负极材料 料的方法，但是大部分方法都不适合大规模
是一个非常理想的选择。可是在放电和充电 运用，因为制备方法比较复杂，而且制作价
的过程中，锂离子会嵌入硅中或从硅中脱 格昂贵，还受到材料结构自身的限制等。因
落，这就使得硅的体积产生了很大的膨胀和 此，对这方面的研究也是一个很有前景的方
收缩变化。这种变化不仅导致电池变形，还 向。大部分的金属和它们的金属衍生物都是
影响了电池的寿命。由于电池体积变化很大， 非层状结构的，无法制备出能够做到自支撑
导致电池无法固定在一个位置，更不用说加 的二维层状纳米材料大大限制了关于这方面
以利用了。在斯坦福大学进修期间，伍晖就 材料的运用以及研究。而伍晖和他的学生们
已经开始了这方面的研究并取得了不错的成 成功开发出了一种通过反复折叠和延展，并
果，他弄清了如何使用多孔聚合物凝胶来包 适时地进行选择性刻蚀过程，将一种双层金
裹微小的硅粒子，使硅粒子可以进行无害的 属片制备成二维金属纳米片的新方法。这种
扩张。回国后，他依然继续这方面的研究， 方法可以在特定的室温条件下通过简单的机
并通过采用水凝胶高分子与硅颗粒构架出一 械式滚压，将双层二维金属片压至 5 微米到
个三维网络结构，改善了这类化学材料的电 几纳米之间；虽然厚度变薄了，但它们并没
化学性能，提高了复合电极的循环寿命。不 有发生合金现象。在进行选择性刻蚀之后，
仅如此，他还对高分子进行了新的选择和改 就获得了纯度很高的单一金属纳米片。就以
性，制备出一种可以自我修复且循环寿命颇 银 / 铝叠层纳米结构为例，通过简单的反复
高的微米硅粉末基电极材料。除了硅这种材 折叠、滚压，就可以在金属片中构造出足有
料本身的问题以外，在电极制作方面也同样 数万层但厚度却在毫米范围之内的银 / 铝纳
存在着相当大的问题。一般的制备方法不仅 米层叠结构。之后运用碱液就可以选择性地
工序复杂，成本也居高不下，并且很难与现 溶解层叠结构中的铝，从而得到单一的平均
在的电池工业相结合，根本无法大规模推广。 只有 4 纳米的可以进行自支撑的金属银纳米
因此，伍晖未来的研究开发项目将侧重于稳 片。除此以外，这种二维银纳米片表面具有
定的硅纳米电极的量化生产方法的研究。除 很好的亲水性，使它可以在水中形成较为稳
了在这方面有了新的进展以外，他在二维材 定的分散液。这就非常有利于混合分散液、
料的制备方面也取得了很大的进展。[1] 薄膜和复合材料的制作。这一研究成果为导
电墨水、能源存储电极、光热转换和纳米催
之前也有很多研究者报告了不少制作二维材 化剂等方面的研究打下了坚实的基础。[1]

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伍晖不仅在硅纳米电极方面和二维材料制备 属氧化物没有层状的晶体结构，却常存在着
方面取得了新的进展，在纳米纤维网络的高 含有大量结晶水的对应的层状结构金属氯化
性能透明电极方面也是成果颇多。用伍晖的 物。因此，他们通过使用快速加热的方法，
话来说，他所研制出来的好玩儿的成果，不 使大量气体得以快速逸出，这样就可以剥离
仅要在实验室中成功，还应该能够运用到各 氧化物的层状结构，同时还可以发生水解反
个领域中去。因此，在推进科学成果商业化 应，使氯化物转化为氧化物。运用这种方法
方面他也颇有建树。毕竟，能够被人们所运 制备出的二维氧化铬纳米片，在锂离子电池
用的成果才是更加有用的成果。[2] 的运用中也表现出比较优异的性能。相信在
未来伍晖还会取得更多“好玩儿”的成果，
金属氧化物的剥离技术就是其中之一。大部 这些成果也将会运用到更多好玩儿的领域，
分的金属氧化物是无法通过常用的剥离手 为人们的生活提供更大的便利。[2]
段得到的。但是伍晖他们发现，尽管很多金

参考文献

[1] 材 料 学 院 师 生 在 二 维 材 料 制 备方 法 上 取 得 进 展 [R/OL].[2017-08-08].http://www.tsinghua.edu.cn/
publish/mse/142/2016/20160926151202426987479/20160926151202426987479_.html.
[2] 袁文焕 . 赵春松：有个性、不“开挂”的非典型“学霸”[R/OL].(2017-02-06)[2017-08-08].http://www.tsinghua.
edu.cn/publish/thunews/9656/2017/20170116170300680734319/20170116170300680734319_.html.

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“逃学”的基因天才

作者：杨一鸣

认知能力基因组学分析项目负责人；2014 年
创立北京量化健康科技有限公司，任首席执
行官至今。这样的履历，着实让人惊奇。但
是在 17 岁前，他的生活与大多数初、高中
生没什么区别，整天都是学习。1992 年出生
的他天资聪颖，在众多精英中脱颖而出，进
入北京的人大附中学习。然而，赵柏闻也算
是中国传统教育的“离经叛道者”。

赵柏闻（Bowen Zhao） 2009 年，赵柏闻升入高二，就读于北京的人
大附中。暑假期间，赵柏闻没有选择复习功
获奖年份：2013 课，以准备进入高三备战高考，而是选择到
获奖时年龄：21 深圳华大基因参加基因科学夏令营。在那里
获奖时职位：深圳华大认知基因组学实验室主任 他遇见了自己的贵人——华大基因创始人之
获奖理由：基因与天才有必然联系吗？这是“逃学天 一、基因学家汪建。几句简单的交谈后，汪
才”赵柏闻传奇开始的地方。 建觉得面前这位轻狂的高中生很有意思，于
是他将赵柏闻带到了当时华大基因的首席研
说 起 赵 柏 闻，“ 华 大 基 因 最 年 轻 的 研 究 究员李英睿的办公室。看着赵柏闻，李英睿
员”“2013 年《麻省理工科技评论》35 位 35 并不觉得这个高中生有什么特别的，随手甩
岁以下科技创新青年”“高中辍学的天才研 给他一本 Perl 编程语言的书和一个有关 DNA
究员”这些关键词大概会最先出现在你的眼 统计的问题，认为足以打发他两周的夏令营
前。没错，赵柏闻今年（2017 年）才 25 岁， 时光了。几天之后，赵柏闻带着自己编写好
其人生就已经可以用“传奇”来形容了：他 的程序界面和有关 DNA 统计问题的答案找
高二辍学，应邀加入华大基因，成为公司最 到了刚吃完消夜的李英睿。李英睿十分惊奇，
年轻的研究员；一年之后升任华大基因人类 因为他“甩”给赵柏闻的问题并不容易，那

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是华大基因一个课题组都感到十分棘手的问 也就意味着，赵柏闻的研究团队需要大量的
题。李英睿随后将赵柏闻带回汪建的面前， 数据分析。不过好在华大基因是世界上最
说：“这家伙是个天才，你得把他留下。” 大的 DNA 测序机构，有着强大的数据计算
赵柏闻在权衡利弊之后，选择从人大附中退 和处理能力，他们接收并分析了 2000 多份
学，加入华大基因，自此赵柏闻正式开始了 DNA 样品，总计 6 万亿对碱基对。而 DNA
他的传奇之路。 的采样来自世界各地高智商人群的唾液样
品，其中包括具有数学天赋的人以及美国和
聪明归聪明，加入华大基因后，赵柏闻还是 其他一些国家高智商个体的 DNA 样本，例
体会到对社会的不适应，毕竟他只有 17 岁， 如奥数或科学奥林匹克训练营的中国人、在
比大多数同事都要小好几岁。薪酬低、没有 美国学术能力评估测试（SAT）中获得高分
同龄的朋友是当时最困扰他的问题。不过， 的人，以及从精英大学获得物理学或数学博
这些问题都没有困扰他很久，因为进入华大 士学位的人。
基因一年以后，赵柏闻开创了一个研究课题：
华大基因人类认知能力基因组学分析项目， 华大基因人类认知能力基因组学分析项目
由他担任负责人。当时，各种问题铺天盖地 就这样有条不紊地进行着，也受到了学界
而来：科研项目立项、做项目负责人、协调 的广泛关注。项目伊始就有许多国内外的
组内外的工作以及自己的科研工作。很难想 科学家、大学教授以及知名研究员联系赵
象这是一个当时只有 20 岁出头的男生能做 柏闻，希望能够参与该项目的研究。此外，
好的事情，但是赵柏闻却应对自如。而该项 国内外的一些顶级专家，包括麻省理工学
目本身的研究内容就是探求哪些基因能够使 院的团队也都开始了类似的工作。而就在
人更加聪明，可以说，这就是一个“天才研 项目进行得火热的时候，赵柏闻选择了急
究天才”的科研项目。赵柏闻认为，人类的 流勇退——退出华大基因人类认知能力基
智商有 40%~80% 是继承自父母的，所以基 因组学项目，甚至直接从华大基因离开。
因在其中还是起到了关键的作用，就像人的 这也是赵柏闻仔细思考一年多作出的决定，
高矮受基因调控一样 [1]。但是，赵柏闻领导 理由很充分：一是考虑到该项目研究距离
的研究团队并没有以某个特定基因片段为目 实用还很远；二是考虑到学界中关于该项
标，或者说并没有定向地寻找高智商基因， 目的争议。其实，涉及优生学的争议从项
而是寻找可能影响人类智商遗传的基因。这 目一开始就没有断过，即使赵柏闻一再强

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调研究的重要性以及研究的真实意义，外 告以及微生态动态干预，应用方向主要包括
界对他们的争议始终像是一片挥散不去的 2 型糖尿病、肥胖症、肠炎、抑郁症等。赵
乌云。于是 2014 年，赵柏闻离开了工作 5 柏闻的构想是先提供肠道微生物检测报告，
年的华大基因，回到北京，创立了北京量 再根据检测数据为用户提供定制化的微生态
化健康科技有限公司，转向了一个离应用 动态干预，也就是定向地调控用户体内的微
更近的方向——肠道微生物基因组检测。 生物群体，让用户更加健康。如今，产前基
因检测以及肿瘤基因检测等已打开市场，都
简单来说，肠道微生物参与了我们日常的 拥有为数不少的用户群体，然而肠道微生物
新陈代谢过程，并起到了十分关键的作用， 基因检测的市场在国内外都是空白的。最先
它们的存在对人体内代谢能力以及人体免 开始做肠道微生物基因检测可能会成为先
疫力有着举足轻重的作用。检测肠道微生 驱，也可能会成为“先烈”。
物的基因组，能够让我们获知我们体内到
底存在些什么类型的微生物，并以此了解 面对机遇和挑战，赵柏闻再一次显示出了
我们自己的健康状况。例如，如果肠道微 与其年龄不符的能力。在公司创立初期，
生物的基因组检测出你对碳水化合物的代 赵柏闻一边打造网络合作平台，一边搭建
谢能力比正常人强很多，那就意味着吃同 专业的研发设备，还要分身出来拉风投，
样的食物，你也许会比其他人更加容易发 各项事宜亲力亲为。现在，量化健康已经
胖。这样的转型似乎跨度很大，但是研究 拥有一套全功能生物医学检测试验综合体，
的意义也十分重大，也更加贴近我们的生 能够通过网上预约接收用户提供的样品，
活。比起知道自己的智商是如何遗传下去 并依次通过样品序列对比、基因丰度生成、
的，大多数人可能更加关注如何健康地活 功能性分析以及预测模型和报告，最后得
着。 这 也 许 是 赵 柏 闻 的 另 一 处 天 才 的 体 出综合性报告。而在选择风投这件事情上，
现——总能找到研究的突破口，总是能剑 赵柏闻也有着自己的执拗。有些公司愿意
走偏锋地找到具有重要意义的研究方向。 出资，甚至合同都要签了，但赵柏闻还是
回绝了他们。因为赵柏闻认为，如果不能
2014 年 3 月，赵柏闻正式注册成立了北京量 和合作伙伴走得长久，拿了一点钱也不会
化健康科技有限公司（以下简称“量化健 起很大的作用。量化健康的第一笔业务来
康”），主要业务是提供肠道微生物检测报 自一家糖尿病健康管理公司，量化健康获

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得了 1000 万元的天使轮投资。赵柏闻正是 而这些和那一次次作出的正确抉择分不开，
看中了他们手上的 40 万名糖尿病病人的样 不论是看似任性的辍学还是深思熟虑后的辞
本，认为这足以成为个性化定制微生态动 职创业，赵柏闻令人佩服的地方就在于他总
态干预产品的最好的数据支持，也将是开 能找到自己的方向并义无反顾地走下去。正
发定制微生态动态干预产品的好机会。 如赵柏闻喜爱的美国诗人罗伯特·弗罗斯特
《少有人走的路》中的一句话：“林中有两
赵柏闻现在的工作已经不单单是做科研工作 条路，而我选择了人迹罕至的一条，从此决
了，还肩负着一个初创企业兴亡的任务。但 定了我一生的道路。”
是他无论处于哪一个角色，都是出色的：他
可以是天才的科研工作者，可以是有敏锐商 25 岁的赵柏闻，他的传奇之路还将继续。
业嗅觉的商人，也可以是纵观全局的领导者。

参考文献

[1] Larson C. What do your genes say about how smart you are?[EB/OL]. https://www.technologyreview.
com/lists/innovators-under-35/2013/pioneer/bowen-zhao/.

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新材料解决世界难题

作者：杨一鸣

事业的新契机——南京大学即将改革现代工
程 与应用科学学院。[1]

朱嘉（Jia Zhu） 经过和南京大学校方短暂的交流，这位原本
已经在美国扎下根来的青年科学家对南京大
获奖年份：2016 学现代工程 与应用科学学院表现出了很大的
获奖时年龄：34 兴趣，而南京大学校方也被他先进的研究理
获奖时职位：南京大学教授 念深深吸引，并劝说他成为学校材料科学的
获奖理由：朱嘉在纳米材料方面的研究成果，使海水 领路人。就这样，彼时在国内材料研究领域
淡化和高效率储能成为可能，这将极大地拓展人类 还默默无闻的南京大学有了自己的材料科学
的生活自由。 领军者。[2]

2013 年，一位华人青年走进了南京大学现代 不过两年的时间，在校方的大力支持下，这
工程与应用科学学院草木葱郁的校园。他刚 位青年学者带领自己的科研团队一举取得了
刚从美国加州大学伯克利分校博士研究生毕 材料研究的突破性进展——业界皆知的三维
业，修读的是新能源专业。在此前的学习过 铝颗粒等离激元材料海水淡化技术，即利用
程中，他曾师从著名的华人机械工程学家张 性能稳定、光热转化效率较高的新材料对海
翔，且张翔对他的评价颇高。此次回到南京 水水体进行表面加热，使得研究人员得以首
大学，他原本只是听从自己恩师的建议进行 次用低成本的方法实现海水淡化，这也为海
一次例行的考察，却意外地发现了自己科研 水淡化技术的实用化提供了契机。而这位青
年才俊也因为自己的突破性研究，在材料科
学的发展史上写下了浓墨重彩的一笔，他就
是国内顶尖的材料科学家——朱嘉。[2]

这并不是朱嘉第一次在科学界闯出名堂。

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2010 年，尚在斯坦福大学攻读硕士学位的朱 可以将该物质吸收光线所产生的热量利用起
嘉就已获得了中国政府优秀自费留学生奖和 来，去解决一些实际问题呢？紧接着，朱嘉
美国化学学会无机化学青年科学家奖。很多 想到了海水淡化。
人认为，朱嘉在未来的研究工作中必然会取
得巨大的成功，直接冲击诺贝尔奖也不是无 传统的海水淡化原理即通过增加海水温度，
稽之谈。 继而加速其蒸发速度，最终获得蒸馏水。这
种方法虽然实现起来并不困难，但在实施过
2016 年 8 月 23 日，朱嘉凭借他在新材料应 程中会造成大量的能量损耗。从经济学的角
用性研究领域的一流成果，被授予“2016 年 度来看，传统的海水淡化方法实际上是得不
《麻省理工科技评论》35 位 35 岁以下科技 偿失的。但如果人们只对海水表面的分子进
创新青年”称号。而这一年他刚满 34 岁， 行加热，那么就可以实现整体水温恒定下的
却已经拥有了国际级的学术影响力。 局部蒸发，这样就能使相关面积的海水淡化，
一举两得，既保证了淡化的效率，又降低了
朱嘉 1982 年生于地处南北要冲的江苏省徐 淡化的能耗。[4]
州市。在那里，他度过了自己的少年时光。
19 岁时，他凭借优异的成绩考入南京大学物 在朱嘉看来，那块黑色的金属刚好能够承担
理学系。2013 年，在结束了近 10 年的海外 这样的工作——将该物体置于海水水体的表
深造之后，朱嘉回国任教。[3] 面，其在吸收光线的过程中，可以将太阳能
转化为有限的热能，这样就能实现海水的局
在一次实验中，朱嘉带领的研究团队无意中 部加热。根据朱嘉的预测，一旦这种构想变
合成了一种名为“三维铝颗粒等离激元材料” 为现实，那么海水的能量转化效率将飙升到
的材料。在对该材料进行性能研究的时候， 90% 以上。
朱嘉又进一步发现：凡是波段在 400 纳米到
10 微米之间的光线，三维铝颗粒等离激元材 紧接着，朱嘉和他的团队对那块黑色的金属
料都能做到几乎 100% 的吸收。从小就对材 进行了更加细致的研究。那块黑色金属实际
料有着强烈好奇心的朱嘉马上意识到了一个 上是一种三维铝颗粒等离激元材料，而这种
重要的问题：既然这种新型复合材料具备如 材料正是实现高效率太阳能海水淡化的绝佳
此强悍的光线吸收能力，那么人们是不是也 载体。当实验的结果证实了自己的预想时，

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朱嘉进取的激情被点燃了。 在随后的一段时间里，朱嘉又围绕着三维铝
颗粒等离激元材料的光热转化性能进行了反
经过进一步的研究，朱嘉又进一步分析出了 复的研究和实验。
三维铝颗粒等离激元材料在海水淡化方面的
三个优势： 2016 年 4 月，朱嘉将自己在海水淡化方面的
研究成果发表在了世界顶级科学期刊《自
首先，三维铝颗粒等离激元材料的原材料取 然·光子学》（Nature Photonics）上。该文章
自金属铝，原材料的成本并不高。而朱嘉的 一经发布，就立刻在学术界引起了广泛的讨
团队在合成三维铝颗粒等离激元材料的过程 论。在彼时的朱嘉看来，或许在未来很短的
中也采取了简易、可大规模复制的自组装制 时间内，人们就可以实现低成本、大规模的
备法，并且实验用的三维铝颗粒等离激元材 海水淡化，而人类的水资源危机也会因此得
料在淡化实验的过程中也表现出了出色的稳 到疏解。[5]
定性和耐用性。
同年，朱嘉和他的团队终于在高效率太阳能
其次，三维铝颗粒等离激元材料极高的光吸 海水淡化领域取得了实质性进展。在朱嘉的
收效率能够保证海水淡化过程中光热转换工 带领下，南京大学现代工程与应用科学学院
作的高速进行。 的相关研究人员完成了人类首次基于等离激
元增强效应的海水淡化实验。经过事后测算，
最后，三维铝颗粒等离激元材料自身可以产 该实验的能量转化效率已达到了 90%，海水
生局部等离激元光学共振效应。在该效应的 淡化前后的盐度更是相差 4 个数量级。这项
作用下，漂浮于水面的、细密排列的铝材料 实验的成功意味着高效率太阳能海水淡化将
附近的表面温度会急剧升高，其电磁场强度 走向实用化。而后，多家国内外企业向朱嘉
也会增强。在这两者的共同作用下，三维铝 表达了它们对相关研究成果的极大兴趣，并
颗粒等离激元材料能够在极短的时间里生成 主动登门与其洽谈合作事宜。[5]
大量的淡水蒸气。三维铝颗粒等离激元材料
内部的疏松结构又可以为这些淡水蒸气提供 毋庸置疑，淡水资源严重匮乏已经成为 21 世
高效的散逸通道。 纪的国际性问题，全世界绝大多数的国家在
未来都将受到水资源短缺的掣肘，而在各类

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相应的解决方案中，海水淡化已经成为一个 而朱嘉团队三维铝纳米颗粒海水淡化方法的
比较有效的应对之策。目前，国际上通用的 成功实验，无疑可以有效解决上述两种方法
海水淡化方法主要是蒸馏法和膜法，前者方 所带来的各种弊端，技术前景可期。
法简单，但单位能耗过大；后者虽然单位能
耗较小，但材料成本较高，且会造成污染。 而我们如果站在整个国家的角度来看朱嘉在

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海水淡化方面的成就，则可以看到更大的商 化学层面的稳定性，继而可以高效地抑制锂
业前景。根据国家发改委 2016 年年底所印发 枝晶的出现。
的《全国海水利用“十三五”规划》，“十三五”
末，国内海水淡化总规模将达到 220 万吨 / 除此之外，聚二甲基硅氧烷纳米孔薄膜还可
日以上。而业界也普遍预计，随着海水淡化 以与各类电极材料相互兼容。而从生产工艺
产能的逐渐提升，未来仅海水淡化设备制造 上看，这种薄膜材料可以通过旋涂法、氢氟
环节所产生的市场就将达到百亿元级别 [6]。 酸（HF）刻蚀法进行合成，生产过程较以
在完成了世界级的研究成果之后，朱嘉又开 往大大简化。
始思考另一个问题：怎样才能提高蓄电池的
储能效率？ 总体来讲，朱嘉团队将聚二甲基硅氧烷纳米
孔薄膜材料应用到锂电池中的方法，成功地
在之前的研究过程中，朱嘉的研究团队通过 提高了锂电池的库伦效率，使其在经过长时
对锂金属负极表面包覆金刚石样碳薄膜，以 间的循环之后，仍能维持 95% 以上的库伦效
及中空碳纳米微球抑制锂枝晶等新型复合材 率。这种材料方面的改良对于目前锂电池循
料的应用，已经实现了锂电池负极的性能的 环寿命的延长具有十分重要的意义。
提升。但这些覆盖性材料、纳米级结构的生
产过程极其复杂，成本自然也居高不下。不 现在，聚二甲基硅氧烷纳米孔薄膜材料已经
过在那时的朱嘉看来，自己研究的大方向并 成为最先进的锂电池制作材料，全世界有无
没有错误，利用复合材料来解决蓄电池循环 数的企业或个人正在利用这种材料改善工业
效率低下的问题依然是最可行的方案。 和生活的品质。朱嘉利用自己的知识，再一
次改变了世界。在朱嘉看来，随着生产工艺
经过无数次的改良，2016 年 11 月，朱嘉带领 的优化和生产规模的持续扩大，未来聚二甲
他的团队终于设计出了一种名为聚二甲基硅 基硅氧烷纳米孔薄膜材料的制备成本将会越
氧烷（PDMS）纳米孔薄膜的新型复合材料。 来越低，而传统的蓄电池材料也必将会被新
聚二甲基硅氧烷纳米孔薄膜所特有的纳米孔 型的复合材料所取代。
薄膜结构，能够为锂离子提供高效的传输通
道；在电化学物质循环的过程中，聚二甲基 2017 年五四青年节到来前夕，朱嘉和其他 19
硅氧烷纳米孔薄膜可以保持优异的机械层面、 名才俊一同获得了第十二届“江苏青年五四

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奖章”。在科研领域奋斗多年的朱嘉在此时 见的将来，朱嘉还会在材料科学领域带来更
获得这份荣誉可谓适逢当时，相信在可以预 多的研究成果。[7]

EmTech 大会
获奖者演讲视频

参考文献

[1] 朱嘉 . 教师代表、南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授在 2016 年开学典礼上的致辞 [EB/OL].(2016-08-
30)[2017-07-12].https://www.nju.edu.cn/59/8f/c3814a153999/page.htm.
[2] 王莹 . 放弃名校职位“80 后”奶爸朱嘉举家回国 [J/OL].(2016-03-10)[2017-07-12].http://character.workercn.
cn/447/201603/10/160310101116493.shtml.
[3] 朱嘉 [DB/OL][2017-07-12].https://eng.nju.edu.cn/49/58/c4935a149848/page.htm.
[4] 我 国 大 型 海 水 淡 化 三 种 主 流 技 术 分 析 [R/OL].(2013-05-07)[2017-07-12].http://www.hbzhan.com/news/
detail/78908.html.
[5] 《Nature Photonics》刊登我 校朱嘉教 授课 题 组新型“ 高效 太阳能 海水淡化”工作 [R/OL].(2016-04-26)
[2017-07-12].http://news.nju.edu.cn/show_article_1_41890.
[6] 筱阳 . 逾百亿级产业站上风口 海水淡化迎规模化利用拐点 [R/OL].(2017-07-07)[2017-07-12].http://www.
hbzhan.com/news/detail/118420.html.
[7] 南京大学朱嘉教授获第十二届“江苏青年五四奖章”[R/OL].(2017-05-05)[2017-07-12].https://www.nju.edu.
cn/ff/3f/c3814a196415/page.htm.

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远 Visionari
见
者

陈启鑫 伊利亚·苏特斯科夫
（Qixin Chen） （Ilya Sutskever）

优化世界最庞大的能源 发掘了深度学习的潜力，
系统。 将其运用在图像识别
领域。

郑宇（Yu Zheng） 丹妮尔·方
（Danielle Fong）
通过研究可用的数据， 通过将能源储存在压缩
让错综复杂的城市生活 空气中，让清洁能源变
变得更美好。 得廉价。

经典技术，全新应用。依靠与众不同的视角，他（她）们找到了
经典技术的新应用。

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aries 埃文·施皮格尔
（Evan Spiegel）
乔纳森·唐尼 Snapchat 的 联 合 创 始
（Jonathan Downey） 人 发 现， 人 们 需 要 与
交叉学科最奇妙的地方 众不同的社交。
就是能够开发新产品和
开创某个领域的新纪元， 西加尔·卡多赫
而乔纳森·唐尼作为最懂 （Cigall Kadoch）
飞 行 的 工 程 师， 正 在 开 西 加 尔· 卡 多 赫 博 士 在
创无人机的新时代。 癌症病理研究方面所取
得的突破性进展，使癌
埃里克·米基卡夫斯基 症的致病机理开始变得
（Eric Migicovsky） 越来越清晰，继而为人
现在人们平均每天要掏出 类最终治愈癌症创造了
手机 120 次，如果我们能 条件。
在手表上完成一些简单操
作，岂不是很方便？

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优化世界最庞大的 答：“对我影响挺大的……比较切身的影响
能源系统 就是，我当时回到学校就评上了副教授。”
如此的直率引得台上台下笑声一片。
作者：杨立中

陈启鑫（Qixin Chen） 睿智、幽默、健谈，是陈启鑫给大家留下的
印象。但轻松的背后，他的研究对象是全世
获奖年份：2012 界最为庞大、复杂的能源系统：中国电力工
获奖时年龄：30 业体系。2016 年，中国全年发电量几乎已经
获奖时职位：清华大学电机系助理研究员 达到美国的 1.5 倍、欧盟的 2 倍。作为关系
上榜理由：优化世界最庞大的能源系统。 国计民生的重要基础性行业和支撑国民经济
发展的重要产业部门，有关电力体制改革的
内容频见报端，是中国深化体制改革进程中
著名的硬骨头。

2017 年 4 月 28 日，北京，“2017 年《麻省 如何优化这个复杂的系统，让它在安全可靠
理工科技评论》 35 位 35 岁以下科技创新青 运行的基础上逐步走向低碳化、清洁化和市
年”中国区榜单评选的启动仪式现场。清华 场化？电力行业的科学家、工程师们为此进
大学能源互联网研究院副院长、被授予“2012 行了不懈努力。他们不仅着眼于某一特定功
年《麻省理工科技评论》35 位 35 岁以下科 能产品的开发或某一特殊设备的应用，更从
技创新青年”称号的陈启鑫博士是当天的嘉 整个电力系统的全局出发，对其中包括负荷
宾之一。当被问到“被授予‘2012 年《麻省 预测、方式安排、调度控制、风险评估等不
理工科技评论》 35 位 35 岁以下科技创新青 同环节进行了改进与优化，甚至对国家层面
年’称号是一种怎样的体验”时，他这样回 的战略选择、政策制定与规划发展提出意见
和建议，力图自上而下地创造巨大的经济和
社会效益。陈启鑫投身其中，是众多科学家、

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工程师中较年轻一代的代表之一。 料的浪费。因此，如果可以准确地对用电负
荷进行预测，并优化电力系统的运行方式，
2001 年，陈启鑫以广东省高考数学状元的成 就可以节约大量的燃煤。陈启鑫和他的同事
绩考入清华大学电机系。2009 年，他获得了 们在技术层面上突破了大规模电力系统的高
电机系的工学博士学位。在陈启鑫看来，“清 效建模问题，并提高了非线性复杂问题的计
华的工程学科秉承着‘顶天立地’的思想， 算速度。这一方面使得他们的数学模型与工
既追求学术上的钻研，又强调研究成果要 程实际契合，令计算结果不失真；另一方面
‘经世济民’，为国家的发展做贡献，这个 让计算和分析内嵌到了实际的工作里面，算
特质非常符合我的价值取向”。在清华，陈 得又快又准，让工程上敢于应用。该系统最
启鑫与众多工程科学学科的研究者一样，既 后在中国超过 10 个省区近 200 座城市中投入
强调研究工作的理论创新，又强调其应用价 使用，其中某省一年就节约了 3000 万美元和
值的释放。通过多年的积累，陈启鑫和他的 24 万吨燃煤 [1]，取得了显著的经济和社会效
导师夏清教授与康重庆教授一起，提出了精 益。
准的电力预测技术、先进的发电调度技术、
精细的电力规划技术和优化的电力系统运行 然而以上只是陈启鑫研究的一部分。中国的
技术，开发出了相应的软件系统，在国内多 电力工业在实现了长足发展的同时，依然存
个电网得到广泛应用，在节煤、碳减排与提 在着诸多问题。为了释放电力行业的运行红
高经济效益等方面取得了巨大的成功。凭借 利，陈启鑫参与了新一轮中国电力体制改革
这些研究成果及其良好的应用前景，他被授 的顶层设计与政策建议，力图为中国的能源
予了“2012 年《麻省理工科技评论》35 位 35 格局开拓出一个全新的未来。
岁以下科技创新青年”称号。
中国的电力工业肇始于晚清时期，历经民国
该成果的技术背景是，为了及时应对随时可 的战乱和新中国的建设与摸索，到 20 世纪末，
能激增的用电负荷，或平衡不稳定的风力和 已经形成了政企合一、高度集中、垂直垄断
太阳能等新能源发电，需要燃煤的火力发电 的统一管理模式。从新中国成立初期的燃料
厂常常不得不在远低于额定发电量的情况下 工业部，到后来的水利电力部、电力工业部，
待命运行，以便对外界电网负荷的变化做出 全国统一的计划管理体制在成功避免了“一
迅速响应，但这会导致发电效率的降低和燃 放就乱”问题的同时，也导致电力工业存在

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投资主体单一、运行机制僵化、投资不足、 清华大学的团队从事相关的研究工作，实
效率低下 [2] 等一系列问题。改革开放 20 年 现了该领域的从无到有。然而，由于某些
后，为了实现从计划经济向市场经济的转型， 原因，从 2006 年到 2015 年，电力体制改
1997 年，国家电力公司成立。双轨运行一年 革的研究等了整整十年。第一次电力体制
后，兼具行政管理、行业管理、经营管理三 改革虽然在一定程度上促进了电力建设的
重职能的电力部走入历史，国家电力公司逐 发展、引入了适度的竞争机制，但总的来
步从行政性公司转变为实体性公司，“有力 说这次改革并不完整。例如，由于种种原
地促进了中国电力工业的健康、稳定和可持 因，厂网分开并不彻底，并未形成公平的
续发展 [3]”。 竞争环境；节能优先的可持续发展原则并
未得到贯彻；电价、市场体系等关键环节
由于电网等设备的大规模建设需要巨大的 的改革也未有实质性进展 [3]。
成本，电力行业具有一定的天然垄断属性。
然而，并不是电力行业的每一个环节都必 2015 年，《中共中央 国务院关于进一步
须要实施垄断经营。按照从发电到用电的 深化电力体制改革的若干意见》揭开了新
全过程，电力工业可以分为发电、输电、 一轮电力体制改革的序幕。新一轮改革以
配电、售电四个环节。除了中间的输电、 放开两头、管住中间为体制框架，涉及电
配电适宜垄断以外，一头一尾的发电和售 价改革、电网独立、放开市场等一系列核
电如果存在垄断，将导致价格扭曲、资源 心环节，被认为更具现实性、可操作性。
分配效率低下和巨大的垄断收益。因此， 随着改革任务的完成，电力系统将可以为
2002 年中国启动了第一次电力体制改革， 经济社会的持续健康发展提供坚强有力
改革的内容包括将垄断了电力全行业的国 的支撑。而在这背后，凝聚了清华大学师
家电力公司拆分，实现厂网分开，即成立 生十余年坚持不懈的努力，其研究又一次
多家相互竞争的发电公司，发出的电竞价 被广泛关注，陈启鑫形容这种感受是“如
上网；成立国家电网公司、南方电网公司， 人饮水，冷暖自知”。
负责输电、配电、售电环节。
陈启鑫认为，中国电力市场的理想形态应
正是从第一次电力体制改革开始，陈启鑫 该是以合理的、开放的竞争与价格机制为
的导师夏清教授和康重庆教授就开始带领 魂，用反映供需关系与资源配置效率的价

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格信号来引导电力系统的规划、运行、控 计，也需要从业人员具备充分的智慧、耐
制的全过程，促进新能源消纳和各种新型 心和妥协的意愿。
能源业态的发展，全方位提高电力系统的
运行效率，为国家节约建设和运行成本， 下一阶段，电力改革将会走入深水区，触
并促进节能减排。在他看来，现阶段的发 及行业内最核心的部分。虽然一直跌跌撞
展方向总体上是正确的，但过程中充满了 撞，却已不能回头。对于改革的成功，陈
反复。电力体制改革并不纯粹是一个技术 启鑫充满了信心。但在开启中国能源格局
问题，而是一项系统工程，有着广泛的利 的大未来之前，还有大量的工作需要全情
益牵扯和大量的博弈过程，既需要顶层设 投入。

参考文献

[1]　BULLIS K. Qixin Chen, 30, Improving demand forecasting for electric power to save fuel and reduce
emissions[EB/OL]. MIT Technology Review, 2012(2012). http://www2.technologyreview.com/tr35/profile.
aspx?trid=1319.
[2]　冯飞 , 梁仰椿 . 深化我国电力体制改革的基本设想 [J]. 中国发展评论 , 9(1): 37–41.
[3]　杨锦森 . 浅析中国电力工业的历史和发展 [J]. 沙棘 : 科教纵横 , 2010(9): 53–54.

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更好的机器学习， Strip 的前首席技术官格雷格·布罗克曼（Greg
更好的人工智能 Brockman）。几个月后，他们共同募资十多
亿美元建立了 OpenAI；一个拥有 60 多名一
作者：周涵宁 流研究人员的独立非营利人工智能研究机构
成立了，并由伊利亚·苏特斯科夫出任研究

总监。

伊利亚·苏特斯科夫（Ilya Sutskever） 伊利亚·苏特斯科夫是大名鼎鼎的深度学习
泰斗杰弗里·辛顿（Geoffrey Hinton）的弟子，
获奖年份：2015 他被授予“2015 年《麻省理工科技评论》35
获奖时年龄：29 位 35 岁以下科技创新青年”称号。
获奖时职位：谷歌大脑团队关键成员
获奖理由：发掘了深度学习的潜力，将其运用在图像 就 在 5 年 前， 伊 利 亚·苏 特 斯 科 夫 与 自
识别领域。 己的师弟亚历克斯·克里泽夫斯基（Alex
Krizhevsky）在杰弗里·辛顿教授的指导下，
2015 年，在硅谷腹地门洛帕克的一次晚餐上， 合作开发了名为 AlexNet 的图像识别算法，
几位硅谷创投行业专家与一位年轻的博士研 大大超越了当时已知的算法。这个算法的核
究员产生了创建公益性的人工智能研究机构 心，是一个基于 100 万张图片的数据集训练
的想法。这位研究员就是当时在谷歌从事深 而成的深度神经网络。师徒三人不久后就成
度学习研究的伊利亚·苏特斯科夫。而那几 立了以“深度神经网络”缩写命名的公司
位专家，是特斯拉的创始人埃隆·马斯克（Elon DNN Research。公司在短短几个月内就被谷
Musk）、著名孵化器 Y Combinator 的总裁山 歌以重金收购。
姆·阿尔特曼（Sam Altman）及在线支付公司
亚历克斯·克里泽夫斯基和伊利亚·苏特斯
科夫都成为谷歌的研究员，杰弗里·辛顿成

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为谷歌的工程副总裁。 轻人一个机会，让他加入自己的研究小组，
  并指导他进行研究项目。伊利亚·苏特斯科
伊利亚·苏特斯科夫于 1986 年出生在俄罗 夫的第一个项目是改进 SNE( 随机近邻嵌入 )
斯的一个犹太人家庭。在伊利亚·苏特斯科 算法。几年以后，这项工作的成果作为学术
夫 5 岁的时候，全家移民以色列。随着伊 论文而发表。
利亚·苏特斯科夫的弟弟诺姆的出生，伊利
亚·苏特斯科夫的父母为了让兄弟俩受到更 在杰弗里·辛顿的指导下，伊利亚·苏特斯
好的教育，再次举家移民加拿大最大的城市 科夫有机会接触到了当时最重要的机器学习
多伦多。兄弟俩不负父母所望，都考上了多 问题，并探索了关于神经网络的研究课题。
伦多大学。多伦多大学是加拿大最好的大学， 这些课题在当时并不被同行们普遍看好，如
那里的毕业生中有 4 位成为加拿大总理，历 今却一跃成为深度学习的主流算法。在此过
年来的教授中有 10 位诺贝尔奖获得者。[1] 程中，伊利亚·苏特斯科夫取得了深度学习
领域的重要成果。
伊利亚·苏特斯科夫很小就学习编程。当他
发现计算机不仅可以按照程序员的命令行 2007 年，伊利亚·苏特斯科夫凭借时序多层
事，还能够自己从数据中学习规则时，他就 神经网络的研究获得了硕士学位。2011 年，
被深深地迷住了。幼年的他就认定人工智能 他做出了奠定自己在深度学习领域地位的出
是最令人兴奋的计算机科研领域。 色工作：基于递归神经网络，学习英语语言
模型。他在既有的递归神经网络的基础上，
2003 年，伊利亚·苏特斯科夫读大学二年级时， 创新性地提出了如下改进：
来到多伦多大学本科教育副主任黛安·霍顿
（Diane Horton）的办公室，询问是否有机会 1. 以单个字符而不是单词为单位进行预测。
加入机器学习的研究。黛安·霍顿建议他去找
杰弗里·辛顿。杰弗里·辛顿教授给了伊利亚· 这增强了模型的普适性，让它可以被应用于
苏特斯科夫几篇论文，让他阅读。伊利亚·苏 任何以字符为单位的语言，而不受词库选择
特斯科夫读后向杰弗里·辛顿教授讲了自己 的限制。实验证明，模型可以自己学习到正
的心得。伊利亚·苏特斯科夫的天赋与努力 确的单词拼写和词法变形规则。在传统的以
打动了杰弗里·辛顿教授，他决定给这个年 单词为单位的模型中，拼写和词法变形都是

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需要语言学家根据所学习的语言来指定的。 通过与杰弗里·辛顿的合作，伊利亚·苏特
斯科夫更加深刻地理解了机器学习的本质、
2. 以乘法单元 (Multiplicative Factor) 来建模， 应该如何进行机器学习的研究，以及它的
隐变量随时间变化的传递矩阵。  能力和局限性。其中一个重要的灼见就是：
足够多的训练数据和足够深的神经网络，
基于以上算法，采用维基百科中的文章作 任何模式识别问题都可以被解决。这一灼
为训练集，伊利亚·苏特斯科夫训练了一个 见，如今已经在语音识别、图像识别中获
递归神经网络。为了检验这个递归神经网 得印证。它也是 2014 年左右兴起的这一波
络学习的效果，他们利用这个神经网络， 人工智能大潮的主要推动力量 [2]。
根据前面的字母序列预测下一个字母，并  
观察产生出的文本。其结果是读起来像句 那么，机器学习与人工智能到底是什么关
子的文本。例如以下句子就是在输入“ e 系呢？简单来说，机器学习是人工智能研
meaning of life is ”（生命的意义是）这个 究中的一个子领域，也是如今最大和最有
序列之后自动产生的。 影响力的一个子领域。主要原因是机器学
习在许多商业应用中获得了很好的成绩，
“The meaning of life is the tradition of 如广告领域的点击率预估、垃圾邮件识别，
the ancient human reproduction: it is 搜索和推荐领域的相关性排序。近几年，
less favorable to the good boy for when 由于深度学习算法的进展，机器学习在语
to remove her bigger. ”（生命的意义是 音和图像识别领域取得飞跃式突破，开拓
古代人类繁殖的传统：对于好男孩不利， 出更多新的应用场景，如移动端和家具环
因为有时会移除她的更大。） 境中的语音助手、自动翻译、自动安防监
控和自动驾驶。正是这些新的应用场景，
虽然句子的语义有些似是而非，但是它确 为机器学习研究提供了广阔的想象空间。
实学到了单词的概念，并且有一定的语法  
知识。这种语法知识类似于幼儿在没有上 机器学习虽然在以上这些特定的模式识别
学之前，通过听成人对话学习的母语语法， 问题上获得了非常好的效果，但仍有许多
是一种纯经验的知识。 尚未解决的问题。例如，它只能从现有的
  标注数据中学习，不能从间接经验中学习。

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所谓间接经验的学习，就类似学生通过听 可以通过分析游戏画面和得分目标来自动
老师讲解而非直接试验来学习一个抽象 学会玩一款计算机游戏。
概念。
在更宏大的层面上，伊利亚·苏特斯科夫带
OpenAI 现阶段的研究方向之一，是增强学 领下的 OpenAI 希望通过连接全世界的人
习，即通过计算机与虚拟环境交互并获得 工智能研究机构，促进人工智能研究的进
反馈，自动学习解决问题的策略。例如， 展，并帮助人们发现新的研究方法和范式。

参考文献

[1]　多伦多大学校园通讯 . 2011.https://issuu.com/uoftmagazine/docs/winter2011/18.
[2]　多伦多大学官方网站新闻专栏 .2017.https://www.utoronto.ca/news/u-t-alum-leading-ai-research-1-billion-
non-profit-backed-elon-musk.

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为无人机打造最强大脑

作者：杨一鸣

交织在一起的线索，组成了他看似波澜不惊
却又充满奇迹的创业之旅。

乔纳森·唐尼（Jonathan Downey） 乔纳森·唐尼生于 1983 年，他的故乡是美
国 得 克 萨 斯 州 休 斯 敦（Houston） 近 郊 的
获奖年份：2016 Kingwood 小镇。在出生前，乔纳森·唐尼与
获奖时年龄：32 飞行的缘分就已经奠定，他的家庭是一个飞
获奖时职位：Airware 公司创始人及首席执行官 行世家，他的祖父、父亲以及叔叔都是经验
获奖理由：交叉学科最奇妙的地方就是能够开发新 老到的飞行员，都有着超过 30 年的飞龄；
产品和开创某个领域的新纪元，而乔纳森·唐尼作为 他的母亲也是在接受飞行培训时认识了乔纳
最懂飞行的工程师，正在开创无人机的新时代。 森·唐尼的父亲——她当时的飞行指导。在
这样的飞行家庭中成长，乔纳森·唐尼也喜
乔纳森·唐尼算是如今无人机行业最令人瞩 欢上了飞行的感觉，想要和父母一样成为一
目的明星之一了。他毕业于美国名校麻省理 名飞行员 [1]。与此同时，乔纳森·唐尼也喜欢
工学院，曾是飞行员、程序员、工程师， 上了工程学，他在家乡读高中时迷上了机器
也是一名十分有远见的企业家。他于 2011 人，并创立了学校历史上第一个机器人俱乐
年创立了 Airware 公司并任第一任首席执行 部。高中毕业后，乔纳森·唐尼进入麻省理
官，力图标准化无人机的操作系统。而他的 工学院，成为一名本科生，并加入了从事无
创业奇遇其实就是他最喜欢的两项事物的结 人机研究的小组。这是乔纳森·唐尼和无人
合——工程学和飞行。这两项事物就像两条 机的首次碰面，而之后的日子乔纳森·唐尼
的命运就和无人机绑在一起了。
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乔纳森·唐尼本科毕业之后没有选择继续深
造，转而加入了波音公司（Boeing），一干
就是 5 年。而他也终于圆了梦，在波音公司

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