【ZiDongHua 之“自動化學(xué)院派”收錄關(guān)鍵詞： 國際基礎(chǔ)科學(xué)大會  基礎(chǔ)科學(xué)  信息科學(xué) 信息工程   實驗室自動化】
　　
　　工程之夜: 基礎(chǔ)科學(xué)與工程實踐的深度共振
 
　　
　　2025年國際基礎(chǔ)科學(xué)大會特別活動“信息科學(xué)和工程之夜”（Information of Science Engineering Night）聚焦基礎(chǔ)研究與工程技術(shù)之間的深度協(xié)同， 世界頂級科學(xué)家與杰出工程實踐者同臺論道，展示了基礎(chǔ)研究在推動航空、生物、人工智能等關(guān)鍵工程領(lǐng)域中的關(guān)鍵作用。
　　
　　信息科學(xué)和工程之夜
　　
　　暢談基礎(chǔ)科學(xué)與工程實踐融合之路
　　
　　大會主席丘成桐院士在開場致辭中指出，現(xiàn)代科技進步日益依賴于數(shù)學(xué)、系統(tǒng)工程與人工智能之間的深度融合。他認為，信息科學(xué)與工程的交叉正在重新定義技術(shù)的邊界，期待各國科學(xué)家們共同推動跨領(lǐng)域合作。
 
　　
　　中國商飛公司副總經(jīng)理吳文生回顧了過去一年公司與北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院的緊密合作。吳文生先生介紹，在丘成桐院士引領(lǐng)下，來自數(shù)學(xué)、控制、空氣動力學(xué)等領(lǐng)域的國際科學(xué)家走進大飛機研發(fā)一線，圍繞智能飛控、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、健康管理等方向展開實質(zhì)性技術(shù)攻關(guān)。他表示，未來將進一步支持科研人員在航空減排、智能設(shè)計等方向深化探索，攜手基礎(chǔ)科學(xué)界助力中國民機邁向更綠色、更智能的未來。
 
　　
　　探分子，解算法，馭長空，
　　
　　科學(xué)如何托起未來工程
　　
　　朱棣文：探尋分子馬達中的物理機制
　　
　　基礎(chǔ)科學(xué)終身成就獎得主、諾貝爾物理學(xué)獎得主、斯坦福大學(xué)教授朱棣文院士以《How Does Biology Work in a World Dominated by Brownian Motion and Dissipation》為題，深入探討在布朗運動與耗散主導(dǎo)的微觀世界中，生物分子如何發(fā)揮精確功能，并從統(tǒng)計物理視角對分子馬達“Dynein”的工作機制進行了系統(tǒng)闡述。
　　
　　朱棣文以平實而幽默的語調(diào)開場，他提出：“生命是否可以被還原為物理規(guī)律？”在這個問題指引下，他重點介紹了分子馬達——特別是動力蛋白（Dynein）在神經(jīng)元中的運動規(guī)律，并用實驗數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)建模嘗試揭示其中的非平衡統(tǒng)計物理特性。
　　
　　他指出，在分子尺度下，牛頓力學(xué)中的F=ma不再適用，分子運動主要受到粘滯阻力和布朗運動主導(dǎo)。在這種條件下，分子馬達如何實現(xiàn)方向性運動？朱棣文介紹了其研究團隊通過紅外激發(fā)的納米顆粒追蹤技術(shù)，構(gòu)建了高時間與空間分辨的光學(xué)系統(tǒng)，在不損傷活細胞的前提下，捕捉到Dynein在神經(jīng)元軸突中運輸囊泡的真實軌跡。相關(guān)觀測揭示了Dynein馬達并非機械式地“步進”，而是通過柔性結(jié)構(gòu)實現(xiàn)布朗搜索，形成帶有統(tǒng)計波動性的動力過程。
　　
　　他基于新建立的雙ATP機制模型，挑戰(zhàn)了主流文獻中Dynein僅消耗一個ATP的傳統(tǒng)認知，并指出這一工作的發(fā)表經(jīng)歷了數(shù)年的反復(fù)論證和審稿過程。該理論不僅解釋了運動時間與步長呈平方關(guān)系的實驗結(jié)果，也為馬達運動中功率沖程（power stroke）是否真實存在提出了可證偽性判斷。
　　
　　朱棣文介紹了“漲落定理”（Fluctuation Theorem）在分析馬達運動熵變中的應(yīng)用，并指出在Dynein系統(tǒng)中觀測到的“有效溫度”高達真實溫度的5.7倍。他強調(diào)，這并不意味著細胞內(nèi)溫度升高，而是因為馬達的隨機力遠強于環(huán)境熱噪聲，形成了統(tǒng)計意義上的高“溫度”。這一發(fā)現(xiàn)為研究非平衡活性系統(tǒng)提供了新的實驗平臺。
　　
　　在演講尾聲，朱棣文回顧了信息論與熱力學(xué)的連接，從香農(nóng)的信息熵出發(fā)，講解了如何將其與玻爾茲曼熵結(jié)合，為非平衡統(tǒng)計物理提供新的視角。他還介紹了由朗道爾（Landauer）提出的信息擦除能量下限的實驗驗證，強調(diào)通過分子馬達系統(tǒng)，可以在真實的生物環(huán)境中測量這些看似抽象的理論。
　　
　　朱棣文院士的演講展示了現(xiàn)代實驗物理技術(shù)在解析生物復(fù)雜系統(tǒng)中的獨特作用，亦驗證了基礎(chǔ)科學(xué)和跨學(xué)科合作在未來科學(xué)突破中的重要潛力。演講獲得現(xiàn)場眾多科學(xué)家和工程師的熱烈反響。
　　
　　羅伯特·塔揚院士：算法研究的反思與未來路徑
　　
　　基礎(chǔ)科學(xué)終身成就獎得主、圖靈獎得主、普林斯頓大學(xué)教授羅伯特·塔揚（Robert Tarjan）院士以《Thoughts on Algorithm Research》為題，回顧50年科研生涯算法研究的體會，并對未來計算理論與實踐的發(fā)展路徑進行了深入思考。
　　
　　在演講伊始，羅伯特·塔揚以空氣動力學(xué)中的數(shù)值模擬為例，引出算法在工程科學(xué)中的關(guān)鍵角色。他指出，從傳統(tǒng)風(fēng)洞實驗轉(zhuǎn)向數(shù)值計算，需要將連續(xù)的Navier-Stokes方程離散化，形成復(fù)雜的圖結(jié)構(gòu)。在這種圖結(jié)構(gòu)上進行高效計算，依賴于圖劃分、局部計算和高效子結(jié)構(gòu)組織等算法技術(shù)。他與Dick Lipton合作提出的“平面圖分離定理”（Planar Separator Theorem）正是理論成果在實際計算中的典型應(yīng)用。
　　
　　羅伯特·塔揚指出，計算機科學(xué)作為一個年輕學(xué)科，在過去幾十年中提出了許多優(yōu)美的高效算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。但由于早期問題豐富且挑戰(zhàn)性明顯，研究者往往滿足于“可接受”的首個解決方案。他強調(diào)，隨著計算資源的增長和多核架構(gòu)的普及，算法研究需要系統(tǒng)性地探索更廣闊的設(shè)計空間，不能輕易止步于現(xiàn)有結(jié)果。
　　
　　在談及理論與實踐的關(guān)系時，羅伯特·塔揚強調(diào)，理論研究不應(yīng)止步于形式推演，而應(yīng)力求在現(xiàn)實世界中具備實際效能。他指出，雖然自己長期從事理論研究，但始終關(guān)注算法在工程系統(tǒng)中的可用性與實際表現(xiàn)。他認為，最常用的算法效率評估方式是關(guān)注最壞情況下的運行時間，盡管這種方式忽略了常數(shù)因子，但有助于保持分析的普適性與簡潔性。羅伯特·塔揚批評部分研究中對復(fù)雜性的過度強調(diào)，可能犧牲了算法的實際可用性。他主張在可行的前提下追求算法設(shè)計的“簡單性”，哪怕其證明過程復(fù)雜。
　　
　　在并發(fā)算法方面，羅伯特·塔揚認為簡單性更為關(guān)鍵。他指出，當前大規(guī)模并行計算（如大型語言模型訓(xùn)練）中并發(fā)性至關(guān)重要，而復(fù)雜的并發(fā)算法常常難以驗證正確性。因此，算法的設(shè)計必須盡量清晰明了，避免因復(fù)雜性帶來不必要的漏洞。
　　
　　談及科研方法，羅伯特·塔揚鼓勵研究者在面對問題時要雙向思考，既要嘗試構(gòu)造證明，也要積極尋找反例，理解問題本質(zhì)。他特別強調(diào)提出好問題的重要性，“正確的問題比解決問題本身更具價值”。他提醒年輕學(xué)者，應(yīng)保持懷疑精神，審慎閱讀文獻，獨立驗證已有結(jié)果。
　　
　　演講結(jié)尾，羅伯特·塔揚對“計算機科學(xué)究竟是什么”這一哲學(xué)性問題做出回應(yīng)。他認為，計算機科學(xué)兼具科學(xué)性、數(shù)學(xué)性和工程性，不應(yīng)拘泥于某一單一定義。他引用Donald Knuth和Robert Sedgewick的觀點，將編程視為一種藝術(shù)，也是一種基于嚴謹推理與實證方法的科學(xué)實踐。
　　
　　他強調(diào)算法設(shè)計應(yīng)面向?qū)嶋H問題、追求結(jié)構(gòu)簡潔的觀點引發(fā)共鳴，也進一步印證了信息科學(xué)與工程之夜倡導(dǎo)的讓基礎(chǔ)理論為工程創(chuàng)新賦能的核心理念。現(xiàn)場不少聽眾頻頻點頭，認真記錄。
　　
　　吳光輝院士：基礎(chǔ)科學(xué)托起大飛機工程之美
　　
　　中國工程院院士、中國商飛首席科學(xué)家吳光輝院士，帶來了題為《大飛機工程之美》的精彩演講，深度剖析基礎(chǔ)科學(xué)如何在大型商用飛機研發(fā)中的關(guān)鍵作用，并分享了C919大飛機工程中基礎(chǔ)科學(xué)與工程實踐深度融合的最新進展。
　　
　　吳光輝指出，百年航空史實質(zhì)上是一部基礎(chǔ)科學(xué)的實踐史。從協(xié)和飛機的超音速飛行，到C919的首飛，科學(xué)與工程的融合持續(xù)推動著航空技術(shù)的發(fā)展。他強調(diào)：“我們沒靠奇跡，靠的是把公式算準、把技術(shù)吃透、把系統(tǒng)調(diào)順。”
　　
　　在C919研發(fā)過程中，氣動設(shè)計依賴大量CFD計算分析，配合風(fēng)洞實驗進行優(yōu)化。“當超臨界翼型的曲線在計算機屏幕上成型時，那些由偏微分方程生成的流線，就像被數(shù)學(xué)馴服的風(fēng)。”吳光輝用這一形象比喻，說明基礎(chǔ)數(shù)學(xué)在飛行器氣動設(shè)計中的作用。他指出這不僅是技術(shù)手段，更是工程師與自然規(guī)律之間的深度對話。
　　
　　材料科學(xué)的進步也為大飛機發(fā)展提供關(guān)鍵支持。以鋁鋰合金為例，材料科學(xué)家通過對合金結(jié)晶過程的微觀控制，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)優(yōu)化與減重目標。“材料科學(xué)從來不是碰運氣，而是讀懂原子的語言，讀懂科學(xué)的語言。”
　　
　　吳光輝還重點介紹了當前正在推進的智能化設(shè)計工作。在AI輔助飛行器設(shè)計方面，中國商飛與雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院合作，開發(fā)出“東方·御風(fēng)”“東方·翼風(fēng)”等AI流場仿真模型，并啟動三維翼身組合體設(shè)計智能體的研發(fā)。這些技術(shù)可有效提升設(shè)計效率，并釋放工程人員在核心技術(shù)創(chuàng)新上的精力。
　　
　　談及未來，吳光輝表示，科研團隊正持續(xù)積累針對零碳飛行的基礎(chǔ)科學(xué)儲備，包括更安全的儲能方式、氫燃料電池效率優(yōu)化和立體城市交通的基礎(chǔ)布局等。他強調(diào)：“每一步都在接近目標。”
　　
　　他認為，大飛機事業(yè)從來不是一蹴而就，而是“把長遠目標拆成一個個當下的科學(xué)問題，用時間和耐心去解答”。作為首位擁有飛行資質(zhì)的院士設(shè)計師，他在駕駛艙中透過舷窗看云層，更加深刻體會到“大飛機不是‘造出來的奇跡’，而是‘算出來的必然’”。
　　
　　吳光輝的演講在聽眾中引發(fā)廣泛共鳴，讓人們體會到大飛機工程背后融合的科研體系與跨界協(xié)作精神。
　　
　　青年科學(xué)家“前沿科學(xué)獎”得主
　　
　　分享跨學(xué)科探索心得
　　
　　在“前沿科學(xué)獎”獲獎?wù)吒醒原h(huán)節(jié)，三位青年科學(xué)家圍繞其各自研究中的科學(xué)突破與工程應(yīng)用展開深入分享。
　　
　　香港理工大學(xué)副教授劉洋在發(fā)言中表示，其團隊圍繞聯(lián)邦學(xué)習(xí)范式展開研究，致力于構(gòu)建一種支持隱私保護和效率優(yōu)化的分布式人工智能模型。他提到，在深圳某科技企業(yè)工作期間，團隊發(fā)現(xiàn)多個行業(yè)和公司間存在數(shù)據(jù)孤島，這一挑戰(zhàn)推動他們探索適用于實際場景的聯(lián)邦學(xué)習(xí)框架。劉洋指出，早期論文曾因缺乏基準和方法新穎而屢遭頂會拒稿，隨后通過與隱私計算、激勵機制等不同方向?qū)＜液献?，并結(jié)合金融、醫(yī)療等行業(yè)的工程實踐，逐步完善理論體系和方法設(shè)計。他強調(diào)，快速演化的AI技術(shù)更強調(diào)學(xué)習(xí)能力和跨領(lǐng)域協(xié)作能力。
　　
　　奧地利維也納工業(yè)大學(xué)首席科學(xué)家德米特里·波利什金（Dmitry K. Polyushkin）介紹了其團隊研發(fā)的一種具備圖像實時處理能力的可編程光電神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他們利用新型半導(dǎo)體材料設(shè)計了一種能夠在成像過程中進行分類、去噪等操作的光電傳感器陣列，實現(xiàn)了每秒兩千萬次運算的處理速度。該項目整合了材料科學(xué)、光電技術(shù)與機器學(xué)習(xí)技術(shù)，目標是在圖像處理芯片中實現(xiàn)本地智能，減少數(shù)據(jù)傳輸負擔。他強調(diào)，這一成果的取得依賴于來自多個學(xué)科領(lǐng)域的合作與長期投入。
　　
　　英國思克萊德大學(xué)副教授雷納·塞巴斯蒂安·斯普里克（Reiner Sebastian Sprick）則聚焦化學(xué)研究中的實驗自動化。他指出，相較于生物領(lǐng)域的研究工具發(fā)展，化學(xué)研究仍較多依賴傳統(tǒng)實驗方式。他所在團隊開發(fā)了一種可在實驗室中自由移動的機器人系統(tǒng)，能夠自主操作標準化儀器進行實驗。該系統(tǒng)的靈活性和成本控制使其適用于材料化學(xué)中的高通量篩選和多變量問題求解。他強調(diào)，該研究項目融合了化學(xué)、自動化、AI和計算機科學(xué)多個領(lǐng)域的知識體系，通過團隊協(xié)作推進實驗方式的變革。
　　
　　他們的呈現(xiàn)了當前前沿科學(xué)在材料智能、AI基礎(chǔ)研究和實驗自動化等方向的探索路徑和方向，印證了基礎(chǔ)科學(xué)方法在復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計和技術(shù)實現(xiàn)中的重要作用。
　　
　　圓桌論壇：基礎(chǔ)科學(xué)如何成為創(chuàng)新的關(guān)鍵推力
　　
　　本場圓桌論壇延續(xù)了基礎(chǔ)科學(xué)與工程實踐之間的對話。論壇以“基礎(chǔ)科學(xué)如何成為創(chuàng)新的關(guān)鍵推力”為核心議題，由中國商飛北京民用飛機技術(shù)研究中心主任錢仲焱主持，邀請朱棣文院士、羅伯特·塔揚院士和吳光輝院士三位嘉賓共同參與。
　　
　　論壇首個問題聚焦“工程是否必須等待科學(xué)充分發(fā)展”。朱棣文院士明確表示：“不需要等待。”他指出，在材料科學(xué)等領(lǐng)域，工程實踐常常先于科學(xué)理論，工程師在解決復(fù)雜問題的過程中發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，隨后科學(xué)研究再進行理論解釋。
　　
　　關(guān)于基礎(chǔ)科學(xué)與工程需求之間的互動關(guān)系，塔揚院士認為兩者存在雙向構(gòu)成的動態(tài)機制。他以自適應(yīng)搜索樹為例指出，該結(jié)構(gòu)雖起源于理論設(shè)計，但已廣泛投入實際使用。這類理論算法通過工程驗證，最終被采納為高效工具。
　　
　　當被問及“在當前大飛機設(shè)計中最希望基礎(chǔ)科學(xué)在哪個方向取得突破”時，吳光輝院士提及結(jié)構(gòu)安全、氣動設(shè)計及變后掠翼技術(shù)。他強調(diào)數(shù)學(xué)對空氣動力學(xué)仿真和翼型優(yōu)化的支持作用，并介紹了數(shù)百位科研人員圍繞上萬個翼型截面進行設(shè)計計算與風(fēng)洞試驗的過程。他指出，工程中無法完全實現(xiàn)理想的流線連續(xù)性，因此需要在實際可行性與理論最優(yōu)之間做出取舍。
　　
　　話題繼續(xù)延伸至空氣動力學(xué)設(shè)計細節(jié)。朱棣文詢問為何飛機尾翼的小翼設(shè)計花費幾十年才普及。吳光輝解釋，在工程實踐中存在觀念分歧和技術(shù)驗證周期，部分廠商早期并未意識到小翼對減阻的作用，直到實測數(shù)據(jù)顯示其對油耗和飛行性能存在顯著影響，才被逐步采納。他介紹了中國商飛對小翼設(shè)計的研究，并指出不同飛機的配置選擇差異。
　　
　　論壇中，錢仲焱還向朱棣文院士提問：“跨學(xué)科團隊中，什么樣的協(xié)作最關(guān)鍵？”朱棣文認為，“科學(xué)家與工程師必須真正一同工作，而不是分工完成”。他指出，大型科學(xué)裝置如加速器、探測器的研發(fā)過程中，大量時間投入在工程問題的解決上，因此科學(xué)研究往往依賴扎實的工程支撐。
　　
　　在“工程進展面臨緊迫需求時，如何在實用方案與科學(xué)探索之間權(quán)衡”這一問題上，塔揚以自己在工業(yè)研究機構(gòu)的經(jīng)歷為例指出，工業(yè)研究需要聚焦產(chǎn)品中的痛點問題。當前越來越多公司將研究人員嵌入產(chǎn)品團隊，以實現(xiàn)更高效的知識轉(zhuǎn)化。
　　
　　關(guān)于“如何縮小理論飛行與工程實現(xiàn)之間的差距”問題，吳光輝指出，大飛機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料開發(fā)和氣動優(yōu)化都高度依賴基礎(chǔ)科學(xué)。他提出“飛機設(shè)計帶動材料開發(fā)”的觀點，即材料研發(fā)需圍繞具體飛機項目進行，以滿足設(shè)計精度和可靠性需求。
　　
　　現(xiàn)場觀眾亦參與提問。一位觀眾就著名的P=NP問題向塔揚院士請教。塔揚簡要回顧了該問題的歷史背景，并表示大多數(shù)學(xué)者認為P≠NP，但該問題尚無定論。
　　
　　另一位觀眾則關(guān)注低空經(jīng)濟與綠色航空技術(shù)。吳光輝回應(yīng)指出，未來飛機設(shè)計將融合AI、綠色能源與新型導(dǎo)航技術(shù)。他強調(diào)現(xiàn)代大型客機是跨學(xué)科高度集成的產(chǎn)物，工程系統(tǒng)已遠非百年前所能比擬。
　　
　　關(guān)于AI的未來發(fā)展及風(fēng)險問題，朱棣文指出，當前AI主要通過數(shù)據(jù)擬合與插值完成任務(wù)，尚未具備轉(zhuǎn)化抽象概念的能力。他強調(diào)，未來的AI是否能具備創(chuàng)造性思維仍不確定。他同時提醒，過度依賴AI可能導(dǎo)致人的思維退化。塔揚則認為，AI系統(tǒng)缺乏主動探索和道德判斷。他指出人類兒童天生具有好奇心與自主性，而當前AI尚不具備類似行為機制，因此仍缺少“自然智能”的核心要素。
　　
　　主持人錢仲焱總結(jié)：基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)之間的關(guān)系正日趨緊密。科學(xué)不是工程的注腳，而是其動力源；工程不只是應(yīng)用科學(xué)的工具，它也提出科學(xué)尚未解答的問題。
　　
　　無人機點亮信息科學(xué)和工程之夜
　　
　　由中國商飛北研中心夢幻工作室設(shè)計的室內(nèi)浮空器令許多嘉賓眼前一亮。該浮空器利用了氦氣的浮力與精密的旋翼控制系統(tǒng)，減少了傳統(tǒng)旋翼無人機的噪音問題并且延長了續(xù)航時間，生動展現(xiàn)了基礎(chǔ)科學(xué)在材料、流體力學(xué)與智能控制等領(lǐng)域交叉融合所催生的突破性成果。
　　
　　夜色降臨，長城腳下、雁棲湖畔的夜空中，上演了一場融合科技與藝術(shù)的無人機燈光表演，為整晚內(nèi)容豐富、思想深刻的學(xué)術(shù)交流活動劃上技術(shù)與藝術(shù)融合的句號。
　　
　　夜幕下，數(shù)百架無人機自控起飛，在高空編隊變幻，綻放出精妙絕倫的圖案。點點星光先后匯聚成巨大的“ICBS”會標、北京雁棲湖應(yīng)用數(shù)學(xué)研究院標志，以及懷柔、北京、中國的英文字樣，一架架無人機猶如一片片在空中緩緩舒展的信息之葉，象征著基礎(chǔ)科學(xué)與工程技術(shù)交融生長的無限潛力。整個表演過程持續(xù)十余分鐘，與會嘉賓和觀眾們駐足仰望，掌聲此起彼伏，人們紛紛拿起手機記錄下這場科技與藝術(shù)共舞的“星空畫卷”。
　　
　　正如丘成桐先生在致辭中所言：“信息科學(xué)與工程的融合，正在重新定義我們的未來。”無人機表演不僅展現(xiàn)了飛行控制與群體智能算法的技術(shù)融合，也讓信息科學(xué)和工程之美具象而震撼，彰顯了基礎(chǔ)科學(xué)與工程創(chuàng)新融合發(fā)展的蓬勃生機。