英国威尔士:这里需要更多科学家!

先进材料通常与威尔士无关,但是时候让二者走到一起了,英国帝国理工学院光化学教授James Durrant表示。2013年,Durrant接受了位于威尔士的斯旺西大学“威尔士之星”(Sr Cymru)太阳能讲席教授的联合聘任。如今,他同时负责协调拓展太阳能应用范围的新材料研究,力求将英国打造为这种新材料的领跑者。在斯旺西大学的“创新功能性工业涂料可持续产品工程中心(SPECIFIC)”,Durrant参与研发的技术能让建筑物生产、存储和释放自己的能量。

Durrant在帝国理工已经有一家成功的研究实验室,但联合聘任让他能够将帝国理工的基础科学知识与斯旺西的工程制造专长相结合。“帝国理工是世界级研究殿堂,但伦敦的环境并不专注于制造业。”他表示。历史上斯旺西就是制造业中心,延续至今斯旺西大学现在仍保持着这一传统,走在校园里,碰到业界专家在SPECIFIC实验室闲逛的几率就和遇到学者的几率一样大,Durrant表示。

Durrant是威尔士政府“威尔士之星”计划的首批受益者,这份于2012年公布的计划是威尔士政府寻找“有机会迈入全球最前列”研究领域的科学战略的一部分,威尔士高等教育基金委员会主席David Allen表示。“威尔士之星”计划于第一阶段拨款5000万英镑(6620万美元),在威尔士各大学引入著名学术带头人,并且在三大“重大挑战”领域支持国家研究网络:生命科学与健康;低碳、能源与环境;以及先进工程与材料。这些网络旨在“推动威尔士高校的横向而非纵向思维”,Allen表示,并且增强他们作为科学研究中心的声望。该计划的二期经费6000万英镑(7950万美元)于2015年12月启动,为中青年科研人员和目前处于事业中断期的科学家提供经费,以进一步提升研究能力。通过两大举措,威尔士希望能够引进20~30名科技界的“明日之星”,并支持120名科研人员“围绕我们的优势发挥关键效应”,威尔士政府首席科学顾问Julie Williams表示,“我们的雄心在于研究增长”。

为了再进一步提升能力,威尔士的卡迪夫大学、斯旺西大学、班戈大学和阿伯里斯特维斯大学也大量投入经费进行基础设施建设,建设新大楼和设备。

当前,多国将知识增长看作是经济发展的一大支柱,威尔士也设立了自己的科学议程,在拓展学术科研工作的同时,也重视将科学技术转化为推动经济发展的应用。因此,这也邀请产业界与专家学者在最具商业潜力的领域合作开展研究,Williams表示。

卡迪夫大学致力于与产业紧密合作的目标,形成了一个新的实体空间:3亿英镑(3.936亿美元)的创新园区。该园区正在进行分期建设,旨在利用现有商业发展人员协助开发学校的研究、设施与服务资源。它将重点打造社交网络和创新空间,鼓励对问题的求解、开放式创新和合作。园区未来还将引入其它研究设施,现已在公共基金和慈善信托的资助下建设了价值4400万英镑(5830万美元)的卡迪夫大学脑研究成像中心(CUBRIC)。

在CUBRIC中心的五个新扫描仪中,其最为自豪的是欧洲最强大的显微结构脑部扫描仪西门子3 Tesla Connectome磁共振成像系统,这款特殊改装的磁共振成像扫描仪在全球仅有两台,另外一台位于美国哈佛大学。这套系统的优势技术在于能够测量大脑的微观结构特征,例如神经细胞轴突的直径,因此它也让研究人员能够回答全新的问题,CUBRIC中心主任Derek Jones表示,“相比单纯地绘制脑图谱,我们可以开始解决更多生物学上的具体问题,如在轴突直径上的个体差异如何与冲动性的差异相关联。”

Jones在2006年加入卡迪夫大学,成为CUBRIC中心的联合主任。他的工作是从头开始创立神经成像研究项目。Jones接受过医学物理学的培训,并有幸能与其他两名背景互补的物理学家一同工作。他们想要在卡迪夫建立新的综合性神经成像研究中心,并一起起草了商业计划书。该建议与威尔士想要在几个关键领域领先全球的宏伟科学目标完美相结合。“我觉得他们很高兴能够看到学校有真正独特的东西。”Jones回忆道。他们的计划获得批准。CUBRIC新中心引以为荣的正是在全欧洲都独一无二的成像设备。

任何人都可以带着一份研究计划来找我们中心,Jones表示,该中心将与学术界和产业界合作伙伴一同研究脑刺激技术,包括制药企业研究实验药物的效果。Jones利用中心设备,以获取髓鞘形成的最佳估计、密度和直径等轴突特征,以及大脑连通性。然后,他利用这方面信息理解脑电生理学和认知的个体差异。例如,最近的一项实验显示,6周的认知训练可以产生大脑微观结构可检测到的差异。

在斯旺西,“威尔士之星”资助的太阳能子计划中,大部分研究项目都十分注重产业化。Durrant与帝国理工学院塑料电子中心的同事正在研发与理解基于墨水的涂层,可作为半导体材料打印到表面捕获太阳能。斯旺西的研究人员正在与产业合作,研究这些可打印材料的延展性与稳定性,研究新型太阳能电池。“愿景是直接将墨水打印到盖屋顶的产品上。”他说。

Durrant本质上是名学者。“我想让自己的研究更有用。”他表示,“但我并不擅长应用它。”在斯旺西,他可以专注于基础研究,其他人与他并肩作战研发应用。他指出,SPECIFIC中心的执行总裁此前是在钢铁业工作。“这种产业界的视角渗透到SPECIFIC的文化当中,因此你也有巨大的驱动力,将科学转化为实际应用。我很高兴能够参与其中。”Durrant补充道。

在距离斯旺西大学辛格顿公园校区16公里之外的创新与知识中心,已经建立起了一座涂层屋顶的试验工厂。SPECIFIC中心投资2000万英镑(2650万美元)的五年计划将研发钢铁与玻璃涂层产品,用于现有建筑和新建筑,让墙壁和屋顶都能够产生、储存和释放能量。这种建筑上的涂层可以使英国每年的二氧化碳排放量减少数百万吨。该项目是在多所高校间的合作,除了斯旺西之外还包括帝国学院、班戈、卡迪夫,以及塔塔钢铁和巴斯夫国际等跨国企业。

斯旺西大学最近进一步扩张,并于2015年开设了海湾校区,这片投资4500万英镑(5806万美元)的科学与创新空间坐落在65英亩的海滨地区,距离辛格顿公园校区并不远。该校区目前拥有工程学院和管理学院,800人的礼堂、藏书丰富的图书馆,以及学生宿舍等设施。这项拥有多个合作伙伴、公私合作的计划主要得到学校和威尔士政府通过欧洲地区发展经费的支持。

在选定领域追求卓越的过程中,威尔士遵从的是一个经过反复考验的秘诀。Chris Thomas于2007年来到阿伯里斯特维斯大学协助组建生物学、环境与农村科学研究所(IBERS)。Thomas是一名野生动物生物学家,但是他如今利用卫星遥感等技术和地理信息系统等软件应用来模拟带菌体的疾病传播。“威尔士对环境和农业研究的大量投资吸引了我。”Thomas表示,“我们为这里正在进行的工作而自豪。”

2013年,Thomas被任命为阿伯里斯特维斯大学分管科研的副校长。他的首要目标就是要确保当前科学策略的成功。除了转化研究的重要议题之外,Thomas也主要负责阿伯里斯特维斯投资4050万英镑(5360万美元)的创新与企业新园区的设计与建设,该园区重视农业创新。该学校已经在牧场农业的研究领域走在国际前沿,其中包括牧草育种、不同草种的营养特性,以及利用不同种类的植物开展从防洪到通过改善动物牧草饲料进而改变肉奶营养价值等应用。

通过“威尔士之星”的低碳、能源与环境国家研究网络(三大重大挑战领域之一)的700万英镑(920万美元)经费,威尔士高校希望能进一步利用它们在牧场农业上的专业知识。该网络鼓励院系和高校间的交叉学科研究,让环境学家能够与能源科学家开展合作,再比如建筑师和植物学家,班戈大学网络的负责人David Thomas表示。“该网络就像是一针催化剂,把他们带进同一个房间。”他补充道,“它鼓励更具创新性的合作。”

这种协作的环境是Rosalind Dodd最欣赏这个网络的一点。“我们有一些非常优秀的研究人员也积极投入其中,而且合作得也很愉悦。”她表示。Dodd在美国阿肯色大学完成博士后之后,于1月份来到班戈大学。她感觉在阿肯色的工作十分有趣,但想要“在规模和范畴上有更大的突破”。Dodd是该网络中智慧育草群体中的一员:她们小组研究极端天气对不同品种牧草和生态系统的影响。该研究将成为农业地区的重要议题,她表示,因为气候变化预计会增加全球极端天气事件的频率。

农业一直也将继续是威尔士经济的重要组成部分对该领域研究的支持将继续增长。威尔士在生命科学研究上的已有实力驱动着这里的科学发展,此外,威尔士未来的路要往哪里走,也是驱动威尔士科学发展的另一种动力。“威尔士想要将自己打造为一个可持续发展的国家。”Allen表示,“它定义着我们想要成为怎样的威尔士。”

人口增长、气候变化、环境破坏和人口老龄化是全球面临的挑战。人们普遍相信,只有科学技术能够为这些潜在的灾难性社会与环境问题提供解决方案。威尔士并不是唯一一个投资可持续发展研究的国家,但它已经发现了自己的利基领域,要么是已有优势领域,或是有潜力突破重围的领域。

这个国家最近实施的能力建设项目并非随机而定。威尔士政府的“威尔士之星”计划主要基于几项研究,这些研究结果显示,与威尔士的人口规模(英国总人口的5%)相比,威尔士高校在英国研究理事会的竞争经费占比上并不占优势。威尔士学会会长Peter Halligan收集的证据表明,问题不在于科学质量,而是研究人员的数量。威尔士研究人员数量不足,例如,相对于人口数量而言,比苏格兰少了超过600人。最大的缺口在于科学、技术、工程、数学和医学领域,这些领域主要得到高支出的机构资助,例如医学研究委员会以及工程与自然科学研究委员会。

根据常用的效率与科学质量评估方法显示,尽管存在缺人的问题,但威尔士的整体科学表现仍优于很多其它类似体量的小国家,例如挪威、爱尔兰和新西兰。“学科标准化后的科研论文影响力(FWCI)”是一种得到公认的方法,该方法计算的是学科领域标准化后每篇论文的平均引用量。根据FWCI评估显示,威尔士的引用影响力从2004年的39%(平均水平以上),增长至2014年的68%。2014年,每名威尔士研究人员的引用量也从2007~2011年的平均7.6增至9.6“高于英国平均水平2个百分点”,威尔士学会Halligan表示。作为威尔士首个国家学会,威尔士学会始建于2010年,汇聚了全国最成功、最具天赋的研究人员,共同提升和推动所有学术学科的研究实力。

Halligan的研究为“威尔士之星”走向第二阶段提供了颇具价值的支持。“威尔士之星2.0”中的一系列计划部分通过“地平线”玛丽居里行动COFUND计划获得欧洲委员会的支持,部分通过欧洲地区发展经费得到威尔士欧洲经费办公室的支持。除了支持研究员和有潜力的科研人员之外,“威尔士之星”还额外为12名在长期休假后重返科研工作的科学家提供经费支持。

政府的支持力度为研究人员留下了深刻印象。“我震惊于卡迪夫的领导层如此平易近人。”Durrant表示,“威尔士的政治介入和决心让他们能够集中资源创建真正的世界级中心。”

威尔士的各高校在提供高品质的科学之外也有其它的特殊待遇。“人们在交流思想时非常开放、不受拘束。”Dodd表示,“他们看起来并不担忧其他人对他们的认识。”Jones也有这种感觉:“这所学校是我接触过的最学院派的地方。”

而且,不同于小机构是职业发展桎梏的刻板印象,“我并不需要去大机构才能成为成功的科学家。”班戈大学的Thomas表示,他已在威尔士生活了20年。同时值得一提的是,近距离接触大海、高山和其它自然美景,Thomas表示,让威尔士成为“生活的绝佳选择”。■

鸣谢:“原文由美国科学促进会()发布在2016年10月14日《科学》杂志”。官方英文版请见。

先进材料通常与威尔士无关,但是时候让二者走到一起了,英国帝国理工学院光化学教授James Durrant表示。…

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