利來資源站這支數學“國家隊”,攻關也跨界(解碼)

  核心閱讀

  作為基礎科學,利來資源站數學正越來越廣泛地應用于不同行業和領域,影響和改變著我們的生活。

  日前,相關高校作為依托單位的首批13個國家應用數學中心公布,將聚焦發展需求,搭建合作平臺,推進數學與工程應用、產業化的對接融通。各高校和行業人才的合作交流、取長補短,也會激發新的科研方向和應用領域,讓研發、轉化、落地的鏈條更加順暢。

      

  日前,科技部公布首批13個國家應用數學中心名單,相關高校作為依托單位獲準建設。其中,南京大學牽頭、聯合東南大學建設的江蘇應用數學中心榜上有名,將聚焦智能算法領域,進一步搭建校企合作平臺,推動科研成果的轉化。

  “數學是一門古老的學科,近代數學的發展推動著現代社會的進步,每一次工業革命都是以數學為先導。我國的5G標準,也是因為科學家們將一篇十幾年前的數學論文變成了現實。”江蘇應用數學中心主任、南京大學數學系主任秦厚榮教授介紹,現代社會發展中,許多問題的核心都是數學。

  數學與不同專業交叉融合,不斷改變我們的生活

  日常生活中,我們能通過電視、網絡及時了解世界各地的訊息,這是數學方法用于信息的壓縮、傳遞和解碼;我們點開手機,購物平臺根據不同特點,顯示出“千人千面”的推送,背后有著復雜的數學模型;我們經常發現,購買的東西并不是直線抵達所在的城市,這是數學分支中運籌學在生活中的運用……此外,城市建設與社會發展中也存在許多數學問題,比如氣象預測、污染防治、交通規劃。

  “這些都是數學與不同專業的交叉融合,展現出這門基礎科學逐漸從幕后走向臺前、不斷影響和改變我們生活的過程。”秦厚榮介紹,這體現了數學為其他學科提供理論支撐、為各種行業提供研究方法、為多元領域給予應用手段。

  數學是自然科學皇冠上的明珠,也是重大技術創新的基礎。2019年,四部門聯合制定《關于加強數學科學研究工作方案》,提出建設應用數學中心的指導意見,搭建數學科學與數學應用領域的交流平臺,聚焦、提出、凝練和解決一批國家重大科技任務、重大工程、區域及企業發展重大需求中的數學問題,成為航空航天、國防安全、生物醫藥等領域的重要支撐。

  在秦厚榮看來,江蘇國家應用數學中心的建立宗旨,也在于立足和服務地方經濟發展和社會創新。江蘇的工業總產值約占全國的1/8。制造業總量雖然規模大,但面臨發展不均衡的問題。如何順應新一輪科技革命和產業變革、加快實現高質量發展?以工業制造業為例,轉型升級不僅依賴于新材料新技術的運用,工業大數據的核心更在于基于數學建模算法的創新應用。

  隨著數學在高新科技、重大工程、公共安全特別是人工智能等領域扮演越來越重要的角色,人們對其的認知、了解和重視程度也在逐漸改變和加深。“數學學科本身也將在不斷解決新問題、新挑戰中,在不同行業、不同領域的實際應用和檢驗中,迎來向更寬廣、更縱深發展的契機。”秦厚榮說。

  結合發展需求和特色學科確定研究課題

  首批13個應用數學“國家隊”的研究方向各有側重,但核心目標都是服務于國家重大戰略需求、面向解決制約產業發展的瓶頸問題,促進重大技術創新。

  江蘇應用數學中心所聚焦側重的智能算法,是數據科學與新型算法結合的產物,該領域的研究涉及微分方程、幾何拓撲、運籌優化、概率統計等應用數學的各分支及方向。

  在分析國家社會需求和盤點特色學科的基礎上,中心針對醫療圖像和智能診斷、雷達探測和芯片模擬、信息通信和智能控制、飛行器研究和設計、智慧城市等智能算法的關鍵性應用場景,首批建立了5個研究課題組。成員來自各共建高校,包括歐洲科學院院士、長江學者、國家級教學名師、杰出青年等各類人才。

  前不久,該中心的醫學圖像處理數學團隊和一家三甲醫院的“超聲診療醫生團隊”,針對病人的就診B超影像資料,開展了一場乳腺腫瘤的良惡性診斷比賽。醫生團隊由老中青專家醫生組成,根據B超影像結合醫學知識和臨床經驗獨立評判;數學團隊由兩名碩士生組成,利用B超影像設計算法,快速地自動給出評判。

  根據病理檢查“金標準”的裁決,雙方幾乎打成平手。醫生團隊專家認為,基于數學的圖像處理方法,利用特征提取、大數據分析和快速算法,可以提供客觀、穩定和精準的分析結果,有助于減輕醫生負擔、提高效率及準確率、緩解醫療資源不均,為分級診療和智慧醫療服務。

  “醫學圖像的精準分析和處理,是精準醫療和智慧診療的關鍵。”南京大學數學系教授楊孝平說,醫學影像的處理還存在著很多挑戰,如目標邊界模糊和缺失的影像分割問題、深度學習的理論問題等,對于這些問題的解決,數學將起關鍵作用。

  楊孝平介紹,中心建成以后,將從小團隊走向大團隊,進行集中攻關和聯合攻關,更加緊密地對接和解決現實問題,實現產學研全鏈條的學科資源整合優化,有望為我國的高端醫療裝備提供具有自主知識產權的原創技術和支撐做出貢獻。

  聽起來十分高大上的有限元高頻仿真算法及軟件課題,探索高效求解高波數聲波和電磁波散射問題,可應用于雷達探測、芯片設計與天線研發等工程領域。比如通過高頻電磁仿真,可更精確識別目標飛行器或改進雷達設計。杰出青年基金獲得者、南京大學數學系教授武海軍說,高頻波動問題的數值模擬是數學和工程領域的公認難題。

  有限元高頻仿真軟件,目前國內還是空白,國際上有一些行業軟件,但往往不適用于求解實際高頻波動問題,這項“卡脖子”工程,有待通過算法研究實現突破。“在這一領域,南京大學數學系在理論研究方面走在全國甚至世界前列,中心成立后將與共建單位在軟件研發、實際應用方面合作發展。”武海軍說。

  校企聯手推進數學應用的創新、轉化和落地

  在這里,各項科研課題具體如何開展呢?南京大學數學系副主任鄧衛兵教授介紹,關鍵在于“跨界融合”。

  這從中心的聯合建設單位名單就可見一斑:南京大學、東南大學聯合了蘇州大學、中國礦業大學、南京航空航天大學等多所高校,合作企業涉及醫療衛生、航空航天、信息產業、工業制造等行業,各自都有著優勢領域及王牌方向。

  聯合多單位進行數學應用的協同創新,不僅可打破校內學科界限,也將突破校外的研究壁壘,促進政產學研融合,打造“超強大腦”,充分而精準地調配資源,開展廣泛交叉的科學研究及應用研究,推進科研成果的落地。

  五大重點課題中的“管道流的理論分析及智能計算”,瞄準航空工程中的發動機設計開展研究,其基礎是空氣動力學,除了在航空航天領域用于飛行器的制造之外,也廣泛應用于能源材料、交通運輸、建筑學等方面。

  該課題團隊由南京航空航天大學千人計劃專家領銜。南航數學學科的發展緊密圍繞航空航天特色開展,具有多學科交叉研究的基礎;課題組其他成員分別來自南京大學、南京師范大學等高校,具有基礎理論、流體力學等細分領域的學科優勢,不同成員之間能取長補短。

  “這樣的強強聯合,不僅能推動航空發動機領域的研究,也會激發出新的科研方向、應用領域,推動學校之間、校企之間、跨區域之間交流制度的形成和完善。”鄧衛兵說,中心建立后還將整合優勢資源開展更深入的應用研究。

  下一步,這支“國家隊”還有兩大規劃設想。

  在科研應用上,中心將集聚全省數學科研力量,形成人才集聚效應,建立政產學研成果轉化的長效機制,打通科技創新的最后一公里。

  目前,依托中心和南京大學數學系,成立了南京市政府備案的新型研發機構——南京南數數據運籌科學研究院,一頭溝通政府、企業需求,一頭連接高校、專家資源。“既避免了科研資源因找不到市場方向而產生浪費,也讓實際需求快速找到對應的技術支持,使科技成果轉化更加便捷、高效。”鄧衛兵說。

  在人才培養上,也有望改變以往聘請院外、校外兼職教授缺乏機制、資金與渠道的難題,通過數理基礎、技術研發、應用落地3個層面的交叉融合,培養一大批跨專業的復合型人才。


  《 人民日報 》( 2020年03月23日 11 版)

(責編:岳弘彬)

內容版權聲明:除非注明,否則皆為本站原創文章。

轉載注明出處:http://www.allafamigliapittsburgh.com