中科院王中林院士：原創科學就是要從0到1

革命性的技術需要從0到1的創新突破。

來源 | i黑馬

科技創新成爲實現高質量發展的“先手棋”，重塑產業形態的“動力源”。7月29日，以“走進懷柔，走近科學”爲主題的2023黑馬科創高峰論壇暨懷柔黑馬科創產業加速器4期開營儀式在懷柔科學城舉辦。

中國科學院北京納米能源與系統研究所所長、中國科學院大學講席教授、佐治亞理工學院終身校董事講席教授王中林院士出席現場並發表演講。

以下爲王中林演講整理（有刪改）：

我歷來認爲基礎研究有極大貢獻，第一是科學原創，沒有基礎研究就沒有重大原創；第二，沒有基礎研究培養不出紮紮實實的科學家；第三個，沒有基礎研究我們的教育是有缺陷的。

我們作爲科學家，作爲創新力量，一定不能短見，一定要做長期的準備，國家科研單位一定要有這種思維，否則後面總是趕，就總是要解決“卡脖子”的問題。

今天我講一下原創科學。

什麼叫原創科學？我們經常講創造，但我們不知道什麼叫原創，最多講所謂的改進，lncremental and wise，不是Resolution and wise。

0到1的發展是什麼樣的發展？工業革命的瓦特，在18世紀建造了第一個蒸汽機，而後經過幾十年的改進，大型蒸汽機開始驅動火車。發展到現在最先進的發動機，都是我們基於他原創的想法。瓦特不是科學家，他是工程師，他把原先的設計改進以後，大大提高了效率，使這個原理延續到今天，而且是第一次工業革命機器代替手的開始，這就是偉大的從0到1的發明。

再講到電力，1831年法拉第發現了電磁的關係，提出了電磁感應現象。但當時大家都不認可，法拉第給人做科普演講，別人都質疑這個有什麼用。他提出的第一個發電機是1832年，但直到70年以後第一個商用的交流發電機才面向市場。

這些例子都說明我們做的事絕大部分都不是原創，儘管叫做創造，但至少不是大的原創。那怎麼能夠找到自己的原創？

比如DNA的發現。當時劍橋大學有兩位科學家在研究DNA的結構，最右邊是X光衍射，根據這個可以判斷出來雙螺旋結構。當時他倆發表了1頁半紙的文章，就奠定了近代生物的很多基礎。現在這個模型在劍橋大學博物館裡面，第一個DNA模型也是他倆做的，這就是原創。

世界上第一個奔馳車是什麼樣子？當時造出來的時候跑得速度都沒有馬快，是隻有喇叭不響，其他地方都響的車。但它是一個新生事物的誕生，發展到今天所有人都在使用，這就是0到1。

如何產生0到1的想法？二十年前我就開始思考，世界未來一定會面臨能源危機，我們有大能源的需求，也有微小能源的需求。大能源我們做不了，電網、水利我更做不了，但我可以做微納能源。

你想要做，但怎麼做纔是最重要的，所以我們帶着學生不斷的探索。2011年我們發現了一種方法，就是藉助器件可以把機械功轉爲電功。發明出來以後，當時的文章發表卻遭到拒絕，不被承認、屢屢被批。我實在沒有辦法了，最後只能把文章發在剛創刊的期刊上，到現在已經被引用4000多次。但這不是最主要的成就，最主要的是它革命性的技術。

對比1831年法拉第發明電磁感應定律，和我們發明的摩擦納米發電機，這兩個爲什麼不一樣？電磁發電機是要轉得快，因爲它輸出的功率是頻率的平方，我們的輸出功率是頻率的一次方，從數學角度講一個是線性關係，一個是二次性關係，電磁感應定律只有頻率高的時候效率才高，頻率低的時候它就不行，而我們的技術雖然轉得慢，但輸出高，所以在低頻、低幅度下，它的效率遠高於電磁發電機。

這就是我們的發明，這個發明以後有它的技術優勢和強大生命力，但用在哪裡？

熱力學有三大定理，第一大定理就是能量守衡，煤都燒了，熱到了哪裡？在環境中。我們的房冷是爲什麼？因爲我們有空調，局部製冷。第二定律，熵在封閉的空間裡面只能增加、不能減小。我們的能源也是，煤、油燒了，擴散到環境中，到最後是趨於熱平衡。所以能源一旦散發到環境中，它的再利用幾乎已是不可能，這叫熵。比如你把煤燒了，再把熱收回來就很難，能源的二次利用率非常低。那我們是怎麼做這個事？就是我們要逆熵增而行。怎麼逆熵？就要用到我們發明的這個方法。

這個方法有什麼優勢？選材不限，絕大部分的材料都可以用來做，這意味着應用範圍不限。在我們研究所的帶領下，我國已經處在全球納米能源引領的地位。這個發明是2012年發表的，伴隨研究所的成長，這個領域也做大了。現在文章專利在全球是遙遙領先，這叫做原創+引領。

那0到1的原創研究怎麼變成產業？系統是一個集成。那怎麼集成？我們首先申請了400多項發明專利、40多項國際專利，針對未來發展已經打好了基礎。

舉的第一個例子是健康醫療，我們的產品已經用在了康復器械上，比如機器人關節控制，因爲它輕、耗能小，所以就有優勢。還有心臟起搏器的自驅動，我從2005年就開始思考這個事，2009年開始做。2019年，首次利用微小紙片厚度、3釐米長、2釐米寬紙的發電機，貼在內胸脯上實現了心臟起搏器的自驅動。這是全球首創，爲這個目標我們奮鬥了11年，纔打開了我國植入生物器件的大門，也對很多產業產生了影響，與很多醫院合作推動了產業化。

再舉一個例子，基礎設施監測。每家都有水管、氣管、油管，它們的流量、流速、PH值、渾濁度、化學成分能不能實現自驅動？畢竟水流就是能量。目前，我們已經開發出商用化的全自驅動，不需要換電池，裝上就行了，已經逐步實現了從密雲水庫到北京的水質監測。還有環保空氣淨化，無耗材、無臭氧過濾器，目前北京十號線、國賓館都已經用到了我們的產品，這就是從0到1。

我今天講“從原創到產業”，原創就在懷柔、就在我們身邊，就看我們支不支持。我們不要天天喊口號，真金白銀纔是真的。

實現未來的方法是去創造未來，不要天天空想、喊口號，沒有用，也發明不了重要的產品。我們提出納米發電機、微納能源、自驅動傳感（藍色能源），是基於壓電電子學、壓電光電子學的第三代半導體這兩個原創科學，科學是沒有國界的，方程組是沒有國界的，但技術有。科學是人類共享的，我們希望能夠在懷柔這片沃土上，在創業黑馬學員努力下實現這些價值，希望未來可以爲國家做更多的事情。