2004年當選澳大利亞工程院院士、2011年當選澳大利亞科學院院士、2017年當選中國工程院外籍院士,當年54歲的餘艾冰在增選的外籍院士裡算是位十足的「年輕人」。對自己的人生,餘艾冰如是概述:成長在廣東,教育在遼寧,科教建功立業在雪梨,行政服務在墨爾本和蘇州。
這位從江門開平走出來的院士,如今已是顆粒科學與技術和過程工程領域傑出的科學家,顆粒填充、顆粒及多相流、以及計算機模擬與仿真多個研究領域的權威,更是全球最有影響力的化學過程工程專家之一,顆粒研究的「領航者」。餘艾冰的主要專長在於顆粒科學與技術,致力於理解顆粒物質的行為,並支持大量的工業和應用。
近日,當記者與身在澳大利亞的餘艾冰院士視頻連線時,他已忙碌了一整天。因新冠肺炎疫情,採訪以視頻連線方式進行。
文/圖 江門日報記者/陳敏銳 通訊員/朱小卉
A 發現人生使命
研究之路越走越寬
茨威格說,在一個人的命運之中,最大的幸運莫過於在年富力強時發現了自己人生的使命。
餘艾冰是國際知名的化學工程和過程冶金專家,被公認為是顆粒填充、顆粒及多相流以及計算機模擬與仿真多個研究領域的權威,他的科研成果被廣泛應用於鋼鐵、材料、化工和採礦工業,創造了巨大的經濟效益。
在國內讀大學和碩士的時候,餘艾冰的專業是鋼鐵冶金,真正和顆粒結緣,還是到澳大利亞讀博士以後的事了,那時他才意識到,「顆粒是一個挺重要的研究領域」。「1986年,我看到一本書(《Particulate Science and Technology》,作者John K. Beddow)對顆粒研究進行了相當全面的介紹,大到宇宙、小到原子,它們都是顆粒,但我更多研究的是日常生活中看得到、摸得著的顆粒。當時我就認定,顆粒研究將是我一生的追求。」
餘艾冰解釋道,顆粒材料是除水之外,人類處理研究最多的材料類型,70%左右的工業成品和中間產品都是以顆粒形態存在的。在自然界和工業生產中,存在著各種各樣的顆粒系統,比如自然界中的沙石、礦石、煤炭、土壤等,日常生活中的糧食、糖、鹽等,材料技術中的粉末、納米顆粒、水泥、建材,不少藥品、化工品也是顆粒物質。這些材料有溼有幹,顆粒大小從納米到分米,跨越多個數量級。
在餘艾冰眼中,人類的發展可以說是跟材料的發展息息相關,而材料技術的發展很大程度上又要依靠顆粒技術,但人們過去一直沒有意識到這一點。餘艾冰以陶瓷舉例,人們在很久以前就會製造陶瓷,但並沒有意識到顆粒的重要性,直到20世紀70年代末、80年代初,人們才充分意識到這應該是一個重要的研究領域,才開始真正把顆粒作為一門科學和技術來研究。
正是因為顆粒系統在工業生產中隨處可見,因此在理解其性質、操控其行為方面的任何微小改進,都可以帶來巨大的經濟效益。例如,僅限於美國化工產業,據估算其40%的產值提升(每年約610億美元)與顆粒技術相關。另一例子,研磨工藝是礦物工業中的重要環節,也是以低效(通常小於10%)和耗能(佔礦物加工廠直接運營成本的40%)著稱的環節,澳大利亞超過10%的電力消耗於此。
「因此,工業界非常需要顆粒技術的研究,希望能夠得到終極解決方案,更好地設計、控制和優化相關工業過程和產品。顆粒科學與技術就是專門為解決這些工程應用問題而產生的交叉學科。」餘艾冰說:「顆粒材料兼具固液氣三種物質聚集狀態的特徵。在特定條件下,它們可以像固體一樣承受形變,像液體一樣流動,或者像氣體一樣被壓縮。微粒/顆粒物質可以被認為是一種新的物質聚集狀態。」餘艾冰坦言,在多年研究後,人們對它的理解依舊很不完善。
好消息是,顆粒研究的重要性已經被認可。如何發展顆粒動力學理論被《科學》雜誌列為125大科學難題之一,足以說明這點。如今,顆粒科學研究已經涉及礦業、冶金、材料、納米、醫藥、能源、環保等眾多領域,餘艾冰的研究之路越走越寬。
「鑑於此,我確信在顆粒系統的理論體系、物理模型和研究技術等方面,都會不斷產生新的進展,而顆粒尺度的研究將會成為主流。」餘艾冰對顆粒研究的未來充滿信心。
B 從「黑箱」到「可視」
未來顆粒科學的 重大突破口
對顆粒系統理解的不足限制了工業生產的水平。平均而言,對於顆粒系統,世界各國現在只能達到工業生產設計能力的50%,而在只涉及氣相或液相的工業領域中則可以達到90%。顆粒材料應用廣泛,但在許多相關工業過程中,人們對過程中顆粒行為的了解十分有限,其實際操作不得不依賴經驗,幾乎等同於「黑箱」作業。
「對許多工業過程的設計、控制和優化,對控制顆粒行為原理的理解非常重要。我們擁有各種可用於顆粒系統行為測定的技術,但在最基本的物理層面,我們還缺少解決實際問題的通用和可靠的方法。」餘艾冰說。
隨著計算機技術的發展,科學家們開始用建立數學模型的方式進行顆粒科學和過程工程的研究,從而打開了一條更為準確、便捷的研究之路。浪潮之上,激流勇進,餘艾冰正是這條研究路上的先行者。
這些年來,餘艾冰的團隊就始終在原始創新的「無人區」執著深耕,一直在進行顆粒系統的仿真模擬研究,即通過數理上可靠的建模和仿真來得到不同顆粒系統的顆粒—顆粒和顆粒—流體相互作用的信息,即「可視」,進而理解控制顆粒行為的基本原理。
在餘艾冰看來,利用計算機技術、大數據進行顆粒行為的仿真模擬,去實現工業過程自動化和智能化,應該是未來在顆粒科學技術和工業過程中的重大突破口。餘艾冰科研團隊的研究主題正是「顆粒系統的仿真與模擬」,「我們試圖理解顆粒流動和堆積的基本原理,並著眼於礦物、冶金、材料工業等方面的應用。」
科研「無人區」雖然暗藏風險,但也富含著科學寶藏。這些年來,餘艾冰的創新性科研成果不斷顯現,陸續發表在世界頂級學術期刊上。
餘艾冰至今已發表1000多篇學術論文(其中700多篇發表於SCI國際學術期刊),是20多個國際學術期刊的主編、編輯或編委,為不同的國際學術會議作了數十次大會特邀主題報告,同中國、澳大利亞及許多國家的研究機構、跨國公司建立了高層次緊密的合作夥伴關係。同時,培養超過40多名博士後、100多名博士;目前直接領導著一個由15位教研人員及30多名博士研究生組成的世界級的研究團隊。曾成功組織了多次國際學術會議,並參與組織了數十次國際、國內學術會議……堪稱科研界的「寶藏」。
C 從科學家到「教育家」
人生哲學正影響著一批又一批人
闖入科研「無人區」,除了勇氣還需要什麼呢?
「以前,我常常對我的學生說,任何人的成功都離不開兩個『心』:在面臨人生轉折點時勇於選擇適合自己道路的『決心』和在往後道路中不斷堅持和努力的『恆心』。兩個『心』反映在人生的具體行動中,可用四個字來表達,即『果、勇、忠、毅』。」餘艾冰表示,「果」代表著「果斷」,即機會來臨時不計較、不猶豫;「勇」代表著「勇敢」,即一往無前的決心和勇氣;「忠」代表著「忠誠」,即對國家、對家庭、對事業的坦誠;「毅」代表著「毅力」,即持之以恆的堅持。
「萬變不離其宗。這四個字其實總結起來也就是『決心』和『恆心』,也就是我的人生態度。」餘艾冰說:「人生哲理或者說道理是無窮盡的,但真正能夠為人所用的指導思想則取決於個人的世界觀、人生觀與價值觀。『態度決定一切』,這個態度就是我們現在所談的三觀。」
自1986年出國至今,已在澳大利亞30多年,並在不同大學或研究機構工作,餘艾冰說,雖然個人經歷十分豐富,但構架其人生的重要轉折點卻僅有幾個:高考、出國、執教,再轉行政。「正是這些重要的轉折點決定了我人生的發展方向,而每個重要轉折點的到來絕非偶然,而是通過不懈努力和修煉的結果。當我決定做某事時,我總是盡力做到最好,儘管我的職業目標可能會隨著環境變化而改變。」
在餘艾冰看來,純理論研究和應用研究之間沒有真正的界限。這只是一個選擇的問題,取決於一個人如何看待和或處理其研究。
「一代人做一代人的事,作為研發人員,我已完成了我應該做的。現在我更傾向於應用研究。我希望我的研究能夠真正在工業界得到實施,為社會做出直接貢獻。這裡的另一個事實是,在很大程度上,變老意味著逐漸缺乏創造性,嚴格地說,研究人員只能解決他(她)的這一代人的問題,所謂永久的創造力是不可信的。」餘艾冰坦言。
自從事顆粒研究以來,成為一名偉大的科學家一直是餘艾冰的夢想。事實上,他做得很好,已經在學術職位、獎項、榮譽等方面獲得了最高認可。而他的另一個夢想是成為一所大學的校長,但這在澳大利亞,在西方國家可能很難實現,有所調整是必需的。因此,在學術界和工業界之間,以及在澳大利亞和中國之間工作,成為餘艾冰的目標。
2013年,餘艾冰創立了中澳礦冶材料聯合研究中心;2014年5月起,餘艾冰任澳大利亞蒙納士大學副校長,組建蒙納士大學蘇州校區、蒙納士大學—東南大學聯合研究生院和研究院;2016年創立了澳大利亞計算顆粒技術研究中心和江蘇省產業研究院工業過程模擬與優化研究所(蘇州);2019年創立了贛江新區澳博顆粒科技研究院。這些都是餘艾冰在國內外、科學與技術、學術研究與工業應用之間發揮橋梁作用的重要平臺。
餘艾冰是科研攻關的「大拿」,更是學生心目中親切又嚴厲的老師和朋友,他格外注重培養學生獨立思考、獨立學習的能力,鼓勵他們探索推陳出新的路徑。「無論是和學生交流還是日常上課,其實都是言傳身教的過程,我希望能把我對科研的堅持、生活的感悟傳遞下去,讓更多的年輕人領略到科研、體會到人生的魅力和趣味。」
從事教育這麼多年來,餘艾冰正以他的人生哲學影響了一批又一批人。提及恩師,江蘇集萃工業過程模擬與優化研究所副所長陳江豎起了大拇指,「做餘院士的學生是非常幸運的,他對學生的培養有細水長流的關懷,更重在關鍵節點的點撥和支持。不僅在研究上有充分自主選擇的空間,以及在學術交流上堅實的支持,更重要的是以點及面的引導,研究視角的培養。」
江蘇省產業技術研究院工業過程模擬與優化研究所的JITRI青年基金獲得者吳永利博士也感慨,餘院士在科研及工作中對自己嚴格要求,強調解決問題的決心和持續不斷的努力對完成工作的重要性,這一點對其影響最大。
「我希望我能在這些方面被銘記:一,作為一名在顆粒科學和技術方面做出重大貢獻的傑出科學家;二,作為一名成功培養超過200多名年輕研究人員、博士後和博士生的傑出教授;三,作為一名成功建立蒙納士大學蘇州校區的大學管理者;四,作為一名在中國和澳大利亞成功建立新型的產學研機構的獨特的企業家。」餘艾冰說。
D 智者和仁者 合而為一
期待與家鄉共發展
孟子曾說:「天下之本在國,國之本在家,家之本在身。」而讓餘艾冰受益終身的,正是家庭教育對其深遠的影響。
「我的父親和叔叔都是軍人,我的長輩們教育我的,不僅有關愛、教誨,還有新事物、高科技、國家大事,是一個有血有肉的立體的人生。我父親將我取名為『艾冰』,顧名思義,就是一個對人類有用的美麗小草生長在冰天雪地裡,這是父母從小就給予我『拼搏』與『奮鬥』的美好祝願和期盼。」
儘管以前生活艱苦,但家裡,乃至家鄉開平三埠一直有著崇尚學習的好風氣。「我們的鄉親不比誰家錢多房子好,只比誰家小孩讀書好。」很小的時候,餘艾冰就深知「知識改變命運」的道理,篤學的志向和頑強的作風也為餘艾冰走向科研之路奠定了基礎。
故鄉就像一個風箏,對於離家在外的遊子有著永遠無法割捨的牽掛,故鄉的一山一水、一草一木,餘艾冰都記掛在心間,無論在哪裡,他都很自豪地把家鄉掛在嘴邊,更是以自己是江門人為榮。「江門是一個人傑地靈的地方,培養了很多院士以及社會各界的優秀人才,在國內外都有極大的影響力。作為一位在外多年的『遊子』,家鄉一直是我魂牽夢縈的地方,為家鄉的經濟社會發展做點事情,是我最大的願望。」
情牽桑梓,心繫故裡。餘艾冰飽含深情的話語,句句透露著對家鄉的牽掛。雖然離開家鄉近半個世紀,但每兩三年,餘艾冰都會回到江門、回到開平看一看。這麼多年的奮鬥,餘艾冰一直有兩個小遺憾,「一是我做了這麼多年的研究、撰寫了這麼多論文、培養了這麼多博士後和博士生,而真正將研究成果應用並產業化是近年才開始的,我覺得還遠遠不夠。二是我目前與國內、廣東、江門的合作並不多,未來,我希望能將更多的精力投入到這兩方面。」
「近幾年,江門發展迅猛,在做好生態環境保護的同時實現高質量發展。江門的變化,我看在眼裡,喜在心頭,美麗富饒的家鄉讓海外學子感到非常榮耀,同時也給了我更加堅實的根基。」餘艾冰說,江門作為粵港澳大灣區一員,期待能搶抓大灣區發展機遇,實現快速發展。
「無論我們在哪裡,幹什麼,始終不忘初心。五邑有召喚,遊子必歸來。在此我承諾,家鄉有需要,能做到,我一定做到。未來,我也很期待將科研技術帶回江門,與家鄉共發展。」餘艾冰目光堅定。
孔子曰:「智者樂,仁者壽。」採訪中餘艾冰始終面帶笑容、娓娓道來,這也是他平時待人的常態。聽著他樸實無華的講述,智者和仁者的形象在這位備受尊崇的科學家身上漸漸清晰,合而為一。