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方博士的科研“逆袭”之路

2019年07月18日 15:39 来源:北京日报 

  方博士的科研“逆袭”之路

  本报记者 任敏

  曾接到过延期毕业警告的方耀鹏,月初在清华大学研究生毕业典礼上,作为唯一的学生代表上台演讲。

  面对上万名观众,他分享的是一个关于挫折的故事。

  延期毕业的警告

  1991年出生的方耀鹏,成长于闽南渔村。航天梦,似乎是他从小就笃定的志向:炎炎夏夜,躺在庭院的凉席上,他拿着玩具望远镜,寻找月亮上的环形山,每每将飞机闪烁的信号灯臆想成外星飞碟;小学二年级,科技课上,他用彩色橡皮泥小心翼翼地捏了一个航天火箭,沾沾自喜地放在自家客厅的橱窗里展示多年;爸爸买来的《天文学常识》中,行星诞生、死亡的奥秘令他神往;电视剧《沧海》中,双料博士马建成冒死研制长波电台的勇气令他震撼……

  高考时,方耀鹏以679分的高分一举夺得福建省漳州市理科状元,名列福建省第七名。凭这个成绩,清华大学所有热门专业都可以随便选,然而,他只填了一个专业志愿——工程力学系。

  这个设在清华航天航空学院的专业,由钱学森、钱伟长、郭永怀等老一辈科学家创立,来到这里,就意味着离自己的航天梦又近了一步。

  本科毕业后,方耀鹏留在清华园开始直升读博生涯。他的研究方向是材料级失稳分析。所谓材料级失稳,即材料在承载期间达到某一特定加载情形,不能再维持原本稳定的均匀变形路径。失稳后变形往往涉及剧烈的局域化变形,可能导致材料失效。该研究方向是固体力学的研究范畴,也是工程领域的前沿焦点。众所周知,经典力学自牛顿三定律提出以来,已有三百余年的发展历史,特别是固体力学领域的理论已相当成熟,对于一般的博士生而言,短短几年,想在理论创新上找到突破点,难度非常大。

  在博士入学后,导师便向他提出:“如果亦步亦趋地捡拾别人研究的边角料,稍加修饰,也能有文章产出,但很快便会无人问津。这不是清华博士生的标准。”怀着对科学研究的学术抱负,方耀鹏毅然决定选择原创度更高的基础理论研究,力图让自己的研究成果具有长久的影响力,惠及更多领域。

  攻读博士前两年,除了上课,他花了大量时间阅读固体力学、固体本构关系等领域艰深的文献,边阅读边用公式推导或者利用计算机编程验证,他笑着说:“桌子上铺得满满的全是推导公式,就跟高中学物理,用纸笔解题一样。”

  到了博士四年级,当他跟其他同学一样经历开题答辩后,却遭遇一场不小的打击。

  “我博士前四年以第一作者身份发表的论文数为零,第一次博士开题被否定,每年收到的奖学金申请邮件都被我默默忽略。”方耀鹏仍清晰地记得,2017年秋天,开题答辩结束后,系里一位负责研究生管理的老师把他叫过去谈话:开题答辩没通过,可能要延期毕业。“心里很难受,开题失败的概率很低,每年全年级也就一两个。”那种感觉,对这位曾经的高考状元来说,“就像好学生遭遇了考试不及格。”

  好在,导师高华健院士与刘彬教授给予他最大的包容和支持,他们鼓励这位啃硬骨头的年轻人:清华学生就要做一流的学术,要让成果在时间跨度和学科广度上都能站得住脚。

  困难乃见才

  痛定思痛之后,方耀鹏也开始反思,自己前三年的功底不牢,确实有走弯路的时候。比如,因为编程错误,导致结论跟预期不符合,一个多月之后才发现疏漏;公式推导有偏差,跟导师汇报后,不时被挑错儿;而在开题报告中,他只是搭建起基本的理论框架,其间很多工作都尚未开展。他平心静气地接受现实,“开题不通过,也在意料之中。”

  淡定,并不意味着认输。为了避免延迟毕业,他开始加快进度,经常熬夜至半夜,偶尔凌晨两三点才休息,每天几乎有半天时间在推导公式,专业书籍和论文的研读也穿插进行着。渐渐地他发现,前几年感觉很吃力的文章,如今读起来越来越轻松,以前会犯的编程推导小错误,也越来越少。

  困难乃见才,不止将有得。

  导师高华健院士与刘彬教授给了他充分的自由空间,并为他提供了全方位的帮助与支持。与导师促膝长谈的话题从学术延伸到人生意义,为方耀鹏排解了失意与烦恼。面对科研难题,方耀鹏在前人文献与自身推导中不懈寻找破解问题的灵感。有时候,连续几周尝试不同的方法去攻克一个难题,甚至在洗澡、睡梦当中依旧在苦思解法。

  经过半年时间,他终于搭建起完整系统的理论框架。第二次开题答辩,他顺利过关。博士五年级,是方耀鹏收获的一年。他撰写的学术论文首次给出合理普适的性质张量各向异性度量,并于去年年底收到物理顶级期刊《物理评论快报》的通知,文章在春节前在线发表。在随后的另一篇论文中,他给出了简洁的一般性材料级失稳准则,并解决了复合材料与软材料的失稳难题,被力学顶级期刊《固体力学与物理学报》特刊约稿。

  今年4月,在大连理工大学主办的“四校航空航天及力学学术论坛”上,方耀鹏获得了优秀学术报告证书,中国科学院院士杨卫为他颁奖。

  临近毕业,在博士论文预答辩中,他是小组第一,在答辩前的评审中,他获得全优;更令人振奋的是,在最后的博士论文答辩现场,有评审专家意味深长地称赞方耀鹏的工作,“非常有勇气去挑战难题,极有可能头破血流。”

  献“技”中国空间站

  科幻作家刘慈欣曾说过,从长远的时间尺度来看,在这无数可能的未来中,不管地球达到了怎样的繁荣,那些没有太空航行的未来都是暗淡的。

  当前,中国空间站的建设引弦待发,然而涉及空间站在轨维护、建设、交会对接的空间机械臂关键技术仍与国际先进水平有一定差距。

  经历挫折的洗礼后,方耀鹏向梦想又迈进一步。

  毕业后的方耀鹏选择了前往中国空间技术研究院(即航天五院)从事国家急需的新一代柔性空间机械臂的科研攻关。柔性机械臂突破了传统刚性机械臂的诸多局限,正成为各国竞相争逐的战略技术高地。他告诉记者,“软材料在柔性空间机械臂中的应用使得非线性大变形失稳分析变得尤为关键,这正是我博士研究关注的方向。我期盼着发挥所学,将理论付诸实践。”未来,有了柔性机械臂,在舱内可跟航天员互动,在舱外,可无损抓取物件,助力太空实验;在民用机器人领域,更是大有可为。

  除了攀登科学高峰,在清华园九年,方耀鹏还钟情于另一件事——吹大号。在毕业典礼上,他透露自己的另一重身份,“每一次毕业季,我都会穿着白队服和军乐队同学一道演奏校歌、送别毕业生。”幼年时,出身农民家庭的方耀鹏并未学习过乐器,开学之初,学生艺术团招新,他兴致勃勃地跑过去报名。或许是被这位闽南口音的大个子男孩儿的诚意所打动,面试官留下了这位零基础的“小白”。从此,一位师兄开始手把手地教他吹大号,每周一次集训,每次三四个小时,从不间断。方耀鹏艰难地挺了过来,他学会识大号谱,第二年就开始登台表演。

  也正因为有这样的“小白”精神,才能让方耀鹏埋头科研。四年的蛰伏期,他一篇第一作者论文都没有发表,却在第五年迎来“逆袭”。

  这让方耀鹏更加自信:只要有努力付出,将来仍会“绝处逢生”。

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