“要做出别人想都想不到的事”
吴嘉敏还记得自己2013年加入戴琼海团队后的感觉:“可谓如沐春风。团队成员都有一个共同的特质——对科研有一种特别的热爱。但最吸引我的,则是戴老师‘要敢于做颠覆性的科学研究’的理念。”
“我认为,做学问的人分三个层次:做研究做到极致,那是牛人;做别人做不到的事,那是高人;做出别人想都想不到的事,那是神人。”戴琼海笑着说,“我要求团队的青年教师和学生们,选题必须去想‘图诺问题’——图灵奖和诺贝尔奖级别的问题,致力于成为‘神人’。”
我们小时候大都观察过蚂蚁搬家,但如果想隔着一公里远去看蚂蚁搬家,该如何实现?
镜头的成本和尺寸,会随着有效像素数的增加迅速增长。而一旦隔着很远的距离,成像过程中就会出现各种各样的环境干扰,如同雾里看花。“一公里外看蚂蚁”就是一项典型挑战,以传统技术手段很难实现。
吴嘉敏表示,团队采用的元成像技术,能通过对高维光信号的精确感知,突破这一难题,“简要来说,我们建立了数字自适应光学架构,通过多角度信息实现大视场多区域的快速像差估计与矫正,进而在后处理过程中实现完美聚焦,即使在动态复杂的成像环境中仍能保持高分辨率。目前,我们已经能够隔着一公里远的距离看清毫米尺度的一个蚂蚁,有望极大提升我国的遥感观测能力”。
针对复杂大场景动态感知难题,团队成员、清华大学电子工程系副教授方璐提出了非结构光场感知新原理,突破了宽视场—高分辨固有矛盾,研制了十亿像素级动态光场成像装备,应用于北京冬奥会上。
“就像戴老师强调的,做科研一定要致力于原始创新。”方璐说。为此,她经常鼓励学生们多看科幻电影,“科幻电影的想象力更丰富,我希望大家能够从中获得更多灵感。如果把科幻电影里最有可能实现的东西做出来,就是很原创的东西”。
如今,方璐正带领同学们攻关非结构元光场智能成像的理论与技术,期望为观测天体和遥感成像带来新契机。
在这里,青年人才茁壮成长
重大原始创新成果往往萌发于深厚的基础研究,产生于学科交叉领域。
戴琼海想得很清楚,过去100余年,有20多项获诺贝尔奖的研究与脑科学有关,而在医学影像界,仅核磁共振技术就催生了多位诺贝尔奖得主。在这些领域,有太多“颠覆性研究”值得探索。
“所谓‘颠覆性研究’有三个标准:是否改变了科学研究的路径,是否改变了产业发展的方向,是否可以写进教科书。我常常告诉团队成员,你们的科研成果不能只是昙花一现。因此,我鼓励他们通过学科交叉成为综合型科技人才。”戴琼海说。
“记得做‘RUSH’的时候,我们不仅要开展对病毒遗传、神经元损伤机理、药物筛选的研究,还要建立和完善多种肿瘤侵袭转移、神经环路响应的体内外研究模型,更要构建多维多尺度计算摄像仪器的基础数据库。”乔晖说,虽然辛苦,但大家斗志满满。不久前,“RUSH”被美国科学院院士、美国脑计划发起人之一马克·施内策(Mark Schnitzer)教授在《细胞》上称赞:“这一精心杰作是未来更广泛普及的介观观测仪器的先驱。”
在做光场元成像这个课题时,为实现地对月的高质量成像,团队的博士生郭钰铎有一段时间夜夜值守在中国科学院国家天文台兴隆观测基地做地对月观测。“那是2021年3月,温度在夜里已经降到零下二三十摄氏度,我常常一待就是三四个小时,为了保暖穿三件羽绒服。”郭钰铎说。
“元成像系统突破了大气湍流像差影响,成功拍到了月亮高清照!”有一天夜里一点钟,方璐接到了郭钰铎打来的电话。电话那头的郭钰铎兴奋地说:“方老师,我现在感觉零下二三十摄氏度也没那么冷了!”
能在团队实现自身价值,始终激励团队成员奋力前行。
2021年8月,以团队成员、博士生李欣阳为第一作者的论文在《自然·方法学》发表,于国际上首次提出高效实现钙成像去噪的方法。欧洲分子生物学实验室显微技术专家阿尔瓦罗·克雷文纳评价其“有望改变游戏规则”。对此,李欣阳直言:“一些人绕过问题,我想去解决问题。”