作者:易蓉蓉 来源:科学时报 发布时间:2010-12-1 9:09:06
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求木之长者必固其根本
记中科院数学院控制科学创新群体
 
编者按:
 
从青年基金到国家杰出青年基金,再到创新研究群体,国家自然科学基金始终尊重人才,高度关注人才培养,重视人才成长的各个环节。随着对人才成长规律的认识不断深化,科学基金坚持不懈、百年树人,营造有利于创新人才脱颖而出的宽松环境的总体思路以及完整的、相互衔接的科学基金人才资助和培养链业已成形。
 
2010年,处于科学基金人才系列资助格局顶端的创新研究群体科学基金设立整十年了。为此,本报特别推出“创新群体巡礼”系列报道,以不同资助期、不同领域的创新群体的成就来展现科学基金十年不辍,持续支持的累累硕果。
 
“欲流之远者,必浚其泉源。求木之长者,必固其根本。”姚鹏飞拿着数学家伍鸿熙等人所著的《黎曼几何初步》,讲述他如何首次引进黎曼几何方法、创造性地研究国际著名数学家J.L.Lions 提出的关于变系数波动方程能控性这一公开难题的经历。
 
姚鹏飞是中国科学院数学与系统科学研究院“控制科学创新群体”的研究员。从他的经历,可以看出这个研究群体多年来的成长缩影。
 
1994年,姚鹏飞博士毕业后留在中科院系统科学所工作。他一直做弹性算子平方根表示方面的研究工作,并取得了一些被国际同行赞誉的成果。“但我总觉得做出的工作‘突破性’还不够”,姚鹏飞说,他把有关文章寄到美国申请博士后职位时,华盛顿大学数学系某位著名教授推脱说没有岗位。
 
这对他产生了一定刺激,倔强的姚鹏飞决定选择一个更有意义和挑战性更大的、国际同行想做而长期做不了的困难问题。于是,“变系数波动方程的边界能控性”这个由法国科学院前院长、分布参数系统控制领域国际上最有影响的科学家利翁斯(J.L.Lions)在美国SIAM Review提出的公开难题,就引起了姚鹏飞的研究兴趣。
 
“我苦干了两个月,毫无进展。直觉告诉我应该引入新的工具来解决它。”姚鹏飞凭借他初步的微分几何知识想到黎曼几何理论应该是一个有效工具。
 
1995年,姚鹏飞放弃了原来熟悉的研究方向,将手头所有的研究工作都停了下来。他又重新笨鸟先飞,用全部的时间研读伍鸿熙的《黎曼几何初步》,每天学习十几个小时。
 
一年下来,姚鹏飞终于掌握了伍鸿熙的《黎曼几何初步》和丘成桐的《微分几何》的主要内容,特别是用于简化计算的Bochner技巧和黎曼的曲率理论对他后来的研究工作起到了至关重要的作用。一连三年,姚鹏飞没有发表论文。沉寂,更是沉淀。
 
经过艰苦探索,姚鹏飞终于独立提出了分布参数系统控制的黎曼几何方法,取得了变系数波动方程边界能控性研究的关键突破,首次用黎曼的曲率理论为变系数波的能控性提供了可验证的条件。这篇文章发表在美国工业与应用数学会(SIAM)主办的控制与优化杂志上,这是用黎曼几何方法解决分布参数控制问题这一新研究方向上的第一篇文章,相关成果被国际同行在论文中称为“姚定理”。随后,姚鹏飞关于浅壳能控性的文章又发表在同一杂志上,该文为浅壳的建模和控制研究提供了一般的工具。
 
实力是最有力的通行证。“之后,国际同行对我的态度就大为不同了。”姚鹏飞被美国、欧洲等国同行多次出资邀请出国开展长短期合作研究。但在2002年底,姚鹏飞获得国家杰出青年基金赞助后,毅然中断了受英国资助的为期3年的学术访问,立即回国并参加到郭雷院士领衔的创新研究群体中。回国后,姚鹏飞进一步将黎曼几何方法与非线性偏微分方程理论相结合,再次取得突破性进展,首次给出了高维拟线性波在任意平衡态附近的局部边界能控性以及从一个平衡态到另一个平衡态的全局能控性。
 
时隔多年,姚鹏飞仍对科学基金的资助心存感激。“我们实验室和创新群体有个良好传统,一直倡导大家去做意义大、原创性也要大的科研工作,从不以论文数量和经费多少论英雄。年轻人可能很难拿到基金,而且申请基金也需要花不少时间。但如果群体有相对稳定的经费,情况就截然不同了,就可保障安心攻克难题,并且不断开拓新方向”。
 
姚鹏飞的成长只是创新群体的一个缩影,群体核心人物、中国科学院院士郭雷也是在自然科学基金资助下成长起来的一个典范。
 
2003年,以郭雷为首席科学家的“中科院控制科学创新研究群体”得到国家自然科学基金委支持,并于2006和2009年连续两次得到延续支持。“正是国家自然科学基金培育了这个团队,凝聚了创新力量。”郭雷说。
 
1989年,27岁的郭雷在澳大利亚国立大学出色完成博士后研究,克服种种困难,毅然回国。当时他就被国际同行誉为随机适应控制领域国际学术带头人之一。刚回国时,研究条件比较差,甚至在办公室无法安置他从国外买回来的计算机。这时,国家自然科学基金委数理科学部及时给予他8000元主任基金资助。
 
回国不到一年,他就在国际自适应控制领域长期悬而未决的核心难题“自校正调节器的稳定性与收敛性”研究中,通过克服非线性与非平稳等公认的数学困难,取得了关键性突破。由于“自校正调节器”无论对学科发展还是对工业应用,都具有重大意义和深远影响,美国、瑞典、法国等国控制学家在随后正式发表的学术论文中纷纷给出高度评价,认为解决了长期以来自适应控制领域的“中心课题”,是这方面的“重大突破”、“辉煌成功”和“最重要结果”等。这项突破性工作从根本上改变了随机自适应控制领域的研究面貌,同时也奠定了郭雷在控制科学领域的学术地位和国际声誉。
 
随后的荣誉和责任接踵而至。郭雷29岁被聘为国际控制数学领域权威学术刊物、美国《SIAM控制与优化》的编委,成为该刊创刊30年来的第一位华人编委;31岁获国际自动控制联合会(IFAC)世界大会青年作者奖;33岁成为首届国家杰出青年科学基金的获得者。此后,他的研究工作不断取得新突破,相继解决了另外两个著名理论难题——非最小相位随机系统的极点配置与二次型适应控制,并创建了一般非平稳情形下三类最基本的自适应滤波算法的稳定性与性能分析理论,大大突破了传统理论的局限,再次获得国际同行的广泛赞誉。
 
1997年国家杰出青年科学基金给予他延续支持。1998年,37岁的郭雷当选为国际著名的美国电子电气工程师协会的会士(IEEE Fellow),成为当时国际控制系统领域最年轻的IEEE Fellow之一。2001年,39岁的郭雷当选中国科学院院士。2002年,他作为“领头的控制理论专家”当选为第三世界科学院院士,并成为华人控制科学家中首位在国际数学家大会上作邀请报告者。2007年,郭雷因对随机系统适应控制、估计理论和反馈机制最大能力等方面所作出的根本性贡献,当选国际自动控制联合会会士(Fellow)。2007年,他还当选瑞典皇家工程科学院外籍院士。“科学基金稳定了基础研究队伍,支持了科学家安心从事真正基础性与前瞻性的科学研究。”郭雷坦陈,“国家自然科学基金,特别是国家杰出青年科学基金和创新研究群体基金,是我受到的最重要的科研资助。”迄今为止,他没有主持过其他类别的“大型”基础研究计划项目。为了集中精力从事科学研究,他甚至在20世纪90年代曾多次拒绝某些国际著名学术组织和国际顶尖学术期刊的任职邀请;为了避免不必要的外界干扰,曾有一段时间在他办公室门上贴着“办公时间只讨论学术问题”的纸条,甚至曾萌生过“隐居”起来专心致志从事研究的想法。
 
在国家自然科学基金的支持下,经过多年稳步发展,控制科学研究群体这支13人的研究队伍,目前拥有2位中科院院士、3位IEEE Fellow和IFAC Fellow、7位国家杰出青年科学基金获得者、多半成员在国际著名学术组织或国际顶尖学术刊物中担任职位。
 
群体成员中不乏精兵强将,包括2005年当选第三世界科学院院士的控制科学家、中国科学院院士陈翰馥,2008年当选国际自动控制联合会会士(IFAC Fellow)的程代展研究员,先后担任IEEE和SIAM的两份国际顶尖控制理论刊物编委的张纪峰研究员,国际自动控制联合会青年作者奖得主洪奕光研究员,2010年应邀在四年一度的国际数学家大会上作特邀报告的张旭研究员,不计名利致力于将先进控制理论方法应用于航天工程系统的黄一研究员等,以及多位崭露头角的青年研究人员。
 
近年来,研究群体不断作出具有突出特色和国际影响的重要学术成果:“反馈机制的最大能力与极限”、“网络信息论与大型无线网络通讯理论”等。他们的工作对提升我国系统控制科学领域在国际上的学术地位和影响力,推动中国系统控制科学走向世界前沿作出了重要贡献。
 
十多年来,团队成员由过去得到分散的基金资助,到现在群体得到持续稳定的科学基金支持;由过去几名青年骨干发展到现在的十多人;由过去攻克前人遗留的难题为主,发展到独立提出新问题、开启新研究方向;由过去侧重开展控制科学自身理论研究,到大力拓宽研究视野、积极开展交叉与应用研究;由过去个别人在国际权威刊物发表“大文章”,到目前发表这类文章变得很平常;由过去个别人在国际学术界任职或获得国际奖励,发展到现在一批人在国际学术界任职并担任重要国际学术奖励的评委或主席。所有这些发展变化都离不开国家自然科学基金的稳定支持。
 
《科学时报》 (2010-12-01 A3 创新群体巡礼)
 
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