《激光超市》編者按：為了宣傳海歸在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)方面成果，激勵更多海外高層次人才回國，我們正在組稿《激光行業(yè)國家級高層次人才專訪集》，介紹高層次人才在國內(nèi)發(fā)展過程，取得的成就，引領(lǐng)海歸創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，交流創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)體會。歡迎推薦，歡迎賜稿。

編輯按：仲夏苦夜短，開軒納微涼。這是1000多年前著名詩人杜甫在《夏夜嘆》中對炎炎夏日的描述。四十?dāng)z氏度上下的高溫讓很多人都叫苦不迭，“熱死了”不再是大家口中夸張的形容詞，炎熱的高溫不僅能夠?qū)е氯藗儭扒榫w中暑”，還會引發(fā)疾病，甚至威脅生命。幸運的是，科學(xué)家們發(fā)明了一種能夠在炎熱的夏天進行降溫的光學(xué)超材料織物。

這種材料的神奇之處在于，雖然它的觸感與普通衣物無異，但是它擁有可穿戴面料所有必要的特征，用它制作的衣服可以讓人的體溫在陽光直射下降低近5攝氏度，是夏季服裝的理想選擇。

在過去幾年里，華中科技大學(xué)的陶光明教授率領(lǐng)團隊在光學(xué)超材料織物領(lǐng)域闖出了一片新天地，發(fā)現(xiàn)了這種材料的新應(yīng)用并使其更加平民化。

下面請跟隨“Light人物”探索這種“新”材料的別樣風(fēng)采，看它是如何助力產(chǎn)業(yè)發(fā)展、服務(wù)北京冬奧會和社會的。

陶光明 教授

陶光明，華中科技大學(xué)武漢光電國家研究中心和材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、光谷實驗室運動與健康智能化技術(shù)創(chuàng)新中心主任、醫(yī)療裝備科學(xué)與工程研究院生物醫(yī)用材料與生命支持裝備方向首席科學(xué)家。陶教授圍繞纖維光電子學(xué)開展交叉學(xué)科研究工作，先后在《科學(xué)》、《自然》等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文80余篇，擁有已授權(quán)發(fā)明專利30余項、申請發(fā)明專利40余項。陶光明研究團隊曾榮獲“2021年中國光學(xué)十大進展”、“2021中國光學(xué)領(lǐng)域十大社會影響力事件(Light10)”，“2021年度中國科學(xué)十大進展”候選項目等。他在纖維光電子學(xué)上的研究工作受到人民日報、新華社、CCTV-13、CCTV-10、科技部官網(wǎng)、科技日報、美國化學(xué)學(xué)會、美國物理學(xué)會等主流媒體的廣泛關(guān)注和報道。

采訪嘉賓：陶光明（華中科技大學(xué)）

采訪人：王卉

翻譯：于存

原文信息：Wang, H. Light People: Professor Guangming Tao. Light Sci Appl 11, 306(2022)

https://www.nature.com/articles/s41377-022-00995-2

Q：您能簡要介紹一下您目前的研究聚焦在哪個方向和最新的科研進展嗎？

A：我目前的研究工作聚焦在纖維光電子學(xué)的交叉學(xué)科，包括無源熱管理織物和智能織物空間兩個方向。

對于無源熱管理織物方向，我們圍繞織物光譜的調(diào)控作用，設(shè)計并研制了一種具有形態(tài)分級結(jié)構(gòu)的光學(xué)超材料織物，可實現(xiàn)高效的戶外無源熱管理。此外，為了滿足在越野滑雪運動中無源護臉裝備的需求，我們開發(fā)了一種無源保暖護臉裝備，幫助運動員備戰(zhàn)2022年北京冬奧會。

對于智能織物空間方向，我們通過在特定的空間中布置多種形態(tài)的、高密度分布的無感化纖維傳感器來實現(xiàn)對人的運動行為和健康狀態(tài)的感知。在無感化智能感知床項目中，我們部署了海量柔性傳感器，通過邊緣計算、數(shù)字孿生等技術(shù)來實現(xiàn)感傳算一體化的健康監(jiān)測。目前我們的智能感知床已經(jīng)能夠完成對于動作模態(tài)、心率、呼吸、體溫等基本生理指標(biāo)的監(jiān)測，給用戶提供及時的健康預(yù)警及長期的輔助診斷。在運動感知方面，我們研發(fā)了一系列智能運動裝備，如：拳擊數(shù)字手套、智能訓(xùn)練輔助沙袋?；谶@些運動傳感裝備，我們實現(xiàn)了對運動者步態(tài)、出拳速度及軌跡、拳力等信息的實時監(jiān)測。作為湖北省拳擊協(xié)會的聯(lián)合發(fā)起人和副會長，我認為這項工作對于拳擊判罰及日常訓(xùn)練中的狀態(tài)分析具有重要意義。

圖1：陶光明教授（左三）和團隊成員在智能纖維拉絲塔實驗室工作照

圖2：陶光明教授（左2）為張定宇主任（左六）一行參觀示范智能床

Q：2021年，您和浙江大學(xué)馬耀光研究員合作，在《科學(xué)》雜志[1]上發(fā)表了題為“Hierarchical-morphology metafabric for scalable passive daytime radiative cooling”的文章。文中介紹了光學(xué)超材料織物實現(xiàn)了92.4%的太陽輻射反射率和94.5%的中紅外發(fā)射率，可為人體皮膚降溫近5℃，為汽車模型內(nèi)部降溫近30℃。這項工作突破了哪些瓶頸？您能談?wù)劤牧峡椢锏陌l(fā)展趨勢、應(yīng)用前景及未來面臨的挑戰(zhàn)嗎？這種超材料織物何時才能產(chǎn)業(yè)化“飛入尋常百姓家”呢？

A：我們的光學(xué)超材料織物技術(shù)是一種通用的戶外降溫技術(shù)[2]，我們通過工業(yè)化的方法，開發(fā)了一種高效的無源降溫光學(xué)超材料織物，并將其大規(guī)模生產(chǎn)，有望實現(xiàn)降溫織物從實驗室到工業(yè)化生產(chǎn)的跨越。

自從去年我們的文章在《科學(xué)》雜志上發(fā)表后，我們課題組受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。世界各地的科學(xué)家已經(jīng)發(fā)表了幾篇基于我們所研究的光學(xué)超材料織物工作的評述文章。值得一提的是，張霜教授在《光：科學(xué)與應(yīng)用》[3]發(fā)表的文章中指出：“由于其在輻射冷卻性能、透氣性和穿著舒適性上的卓越性能，所設(shè)計的超材料織物將有廣泛的應(yīng)用前景，包括：服裝、帳篷和汽車罩”。我們的工作離不開工業(yè)界的支持。目前我們正在推動超材料織物技術(shù)與成熟的工業(yè)制造業(yè)深度結(jié)合。此外，我們還實現(xiàn)了基于改性聚酯纖維宏量制備的光學(xué)超材料織物，非常希望通過提供一種創(chuàng)新技術(shù)來改善產(chǎn)業(yè)鏈。除上述外，我們的超材料織物技術(shù)是一種零能耗的、符合可持續(xù)發(fā)展思路的節(jié)能技術(shù)，符合國家的戰(zhàn)略目標(biāo)。我們未來的工作將聚焦在如何使超材料織物與制造業(yè)更好地融合。

許多家企業(yè)與我們進行了溝通，希望能夠采用超材料織物技術(shù)。這項技術(shù)不僅適用于智能服裝，還適用于更多的戶外產(chǎn)品，如帳篷、建筑、冷鏈運輸?shù)?。對于消費者而言，超材料織物能真正實現(xiàn)零能耗降溫，同時它幾乎與平時所穿的衣物觸感一樣。我們團隊正在持續(xù)地努力推動這項工作，希望超材料織物能夠盡快應(yīng)用到我們的日常生活中。

圖3：基于改性聚酯纖維宏量制備的無源降溫光學(xué)超材料織物（最新研發(fā)成果）

Q：您和您的團隊研發(fā)的無源保暖雪上科技護臉面罩在2022年北京冬奧會上很受歡迎。這項技術(shù)不僅得到了同行的認可，而且也收到了國家體育總局的感謝信。您如何看待產(chǎn)學(xué)研合作？您能談?wù)勗诳蒲修D(zhuǎn)化過程中您的經(jīng)歷和感受嗎？

A：能夠參與到“科技冬奧”的項目中，給了我們很多啟發(fā)。盡管這個項目很小，但讓我們意識到科研機構(gòu)可以和企業(yè)更緊密地合作來完成共同的任務(wù)，交叉學(xué)科也能迸發(fā)出新的力量。

在研發(fā)過程中，我們沒有國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)可供參照。但在國家體育總局的支持下，我們成功地研制出無源保暖雪上科技護臉面罩。我們與多家制造企業(yè)合作，研制了多批不同款式的護臉面罩，提供給國家越野滑雪隊使用。國家隊專家對我們研發(fā)的科技護臉面罩評價很高，同時國家體育總局也給我們團隊發(fā)來了感謝信，能得到這些認可讓我們覺得很值得。

圖3：國家體育總局冬季運動管理中心感謝信

Q：您如何看待科研與成果轉(zhuǎn)化兩者之間的關(guān)系？

A：我認為科研和成果轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系是相輔相成的。只有成功的研究成果才能進行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化是為了做出更好的科技成果，更好地提升未來產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。

Q：您先后就讀于山東大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)，后赴美國中佛羅里達大學(xué)攻讀博士學(xué)位。您為什么沒有留在美國，而是選擇回國呢？在美國讀博的這段經(jīng)歷對您回國后確定研究方向有什么影響？在您看來，中美兩國在學(xué)生教育和科研方面有哪些異同呢？

A：當(dāng)時決定回國的原因主要有兩點：首先是家庭第一。第二點是我相信我的研究能夠與制造業(yè)更好地結(jié)合起來。作為一名青年科學(xué)家，我希望能夠為中國的制造業(yè)升級做出貢獻。我現(xiàn)在的研究方向也是基于我在博士期間的研究。毫無疑問，美國在學(xué)生教育和科研方面總體實力領(lǐng)先于世界，中國在這方面也在逐步提升，迎頭趕上。

Q：回國后，您作為首席研究員參與了多個科研項目。您是如何指導(dǎo)您的科研小組？在學(xué)生培養(yǎng)上，您注重哪些能力？

A：一個科研項目致力于解決現(xiàn)實難題。我的學(xué)生具有不同的學(xué)科背景，我必須指導(dǎo)他們有效地進行跨學(xué)科研究。我經(jīng)常與我的學(xué)生面對面交流，幫助學(xué)生們理解他們的科研觀點。我們的科學(xué)研究要為社會的發(fā)展服務(wù)，為科學(xué)和技術(shù)的持續(xù)循環(huán)做出貢獻。

每個人都有自己的個性，但是在人生的每個階段都需要做該做的事情。我認為學(xué)生階段最重要的是要踏踏實實、勤奮肯干，忠于自己所做的事情。然后，要胸有大志、敢于拼搏，勇于突破自我。我期望他們都能為社會做出自己的貢獻。

圖4：陶教授領(lǐng)導(dǎo)的纖維光電子研究中心團隊部分成員合影

Q：多年來，您一直從事智能纖維和織物領(lǐng)域的研究，您如何評價中國在該領(lǐng)域的發(fā)展？您認為在哪些領(lǐng)域需要加強？

A：中國的研究團隊在智能纖維和織物領(lǐng)域取得了許多突破性的發(fā)現(xiàn)，引領(lǐng)了基礎(chǔ)科學(xué)快速發(fā)展的趨勢。然而，新的挑戰(zhàn)是如何將基礎(chǔ)科學(xué)上取得的突破服務(wù)于制造業(yè)，并最終登上貨架，服務(wù)于人們的生活。許多實際工程問題在實驗室環(huán)境中是無法遇到或克服的，這就需要我們走出實驗室的舒適區(qū)，勇敢地應(yīng)對行業(yè)中遇到的挑戰(zhàn)。

Q：您認為多學(xué)科融合在科學(xué)和技術(shù)中有什么意義？您在不同學(xué)科切換中遇到了哪些困難與挑戰(zhàn)？

A：在我的研究過程中，我逐漸認識到，當(dāng)面對實際工程問題時，單一學(xué)科是有界限的。解決這些問題和挑戰(zhàn)最有效方法是通過多學(xué)科融合和科研合作。因此，我們建立了湖北光谷實驗室運動與健康智能化技術(shù)創(chuàng)新中心，該中心集合了光學(xué)工程、材料科學(xué)、計算機科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、機械工程、紡織工程等多個學(xué)科的研究人員，推動跨學(xué)科研究。

有著不同學(xué)科背景的研究者觀念之間的障礙是很難被打破的。最初同學(xué)們是不太能理解多學(xué)科之間的合作關(guān)系，但是我們始終堅持幫助學(xué)生們?nèi)ダ斫舛鄬W(xué)科交叉融合思想，去指導(dǎo)學(xué)生進行深度合作，形成系統(tǒng)化的科研思維。

Q：在您的科研道路上，印象最深的困難或者挑戰(zhàn)是什么？您是如何應(yīng)對并克服的？

A：在科研中經(jīng)常會遇到困難和挑戰(zhàn)。我覺得最具挑戰(zhàn)性的時刻是我回國初期，那時科研平臺還不完備，經(jīng)常會出現(xiàn)許多意想不到的問題。應(yīng)對這些挑戰(zhàn)的關(guān)鍵是要抱有為社會服務(wù)的決心。我們應(yīng)該發(fā)揮自身的科研優(yōu)勢，保持耐心和樂觀的心態(tài)，克服短板，解決阻礙社會發(fā)展的關(guān)鍵問題。同時，作為科研工作者，需要不停地思考學(xué)術(shù)前沿問題并努力尋求解決之道。

Q：有哪些人對您的職業(yè)生涯有著非常重要的影響呢？以何種方式？

A：對我來說，對我影響最大的是美國哈佛大學(xué)教育研究生院認知和教育學(xué)教授霍華德·加德納(Howard Gardner），他提出的多元智能理論將智能定義為“解決某一問題或創(chuàng)造某種產(chǎn)品的能力，而這一問題或這種產(chǎn)品在某一特定文化或特定環(huán)境中是被認為有價值的”。這也是我一直以來的科研理念。我們的科研工作，最終都要落實到為社會解決一個實際問題，或者為特定人群創(chuàng)造一類有價值的產(chǎn)品。

Q：工作之余您有什么愛好？您是如何平衡事業(yè)和家庭的？

A：在業(yè)余時間，我喜歡探索并學(xué)習(xí)交叉領(lǐng)域的一些新事物。盡量用更多的時間陪伴家人看電視、吃美食、旅游等。家人的陪伴會讓我得到精神上的安慰，孩子也正在成長階段，我不想錯過孩子的每一個成長瞬間。科研工作的性質(zhì)決定了我無法去花費大量的時間陪伴家人，但是我會盡最大的努力在有限的空余時間全身心地陪伴他們。

Q：您能從自身經(jīng)歷出發(fā)，談一談如何才能成為一名優(yōu)秀的科研工作者嗎？您覺得必備的素質(zhì)有哪些？

A：作為一名年輕的科研工作者，我可以和同學(xué)們分享一點心得：我們要享受科學(xué)研究的過程，這是成為一名優(yōu)秀科研工作者的關(guān)鍵。同時要選擇正確的科研方向，抓住關(guān)鍵問題，保持耐心，勤奮堅持，成功就是時間問題。

在我看來，研究者必須有堅定的信念，負責(zé)任的態(tài)度和優(yōu)秀的團隊合作能力。這些品質(zhì)有助于在研究過程中保持專注、活力和創(chuàng)新思維。

Q：您對年輕工作者在事業(yè)和生活上有什么建議？

A：作為一名年輕的科學(xué)家，我可以與同學(xué)們分享一下自己在科研中獲得的一點經(jīng)驗教訓(xùn)。首先是耐得住寂寞，自律會幫助我們實現(xiàn)目標(biāo)。其次是勇于面對學(xué)術(shù)挑戰(zhàn)，追尋高難度的目標(biāo)。最后是保持信念，堅持不懈。