流程实验室93级博士研究生戴琼海:致广大而尽精微

作者:发布时间:2023-12-05浏览次数:1699

     

  

       戴琼海,1964年12月出生,上海人,自动控制学家。1994 年、1996 年分别获得东北大学计算机应用专业硕士学位和自动化专业博士学位。现为清华大学教授。

       瞄准人工智能、计算成像和脑与认知国际交叉前沿,提出新一代人工智能与光场智能成像理论,通过原始创新取得了一系列突破性成果,研制的“两芯一器”引领了本领域国际前沿。承担多项国家级重大项目,包括国家自然科学基金委基础科学中心“认知计算”、国家重大科研仪器设备研制专项“多维多尺度高分辨率计算摄像仪器”、国家重点基础研发计划“复杂条件下飞行器进近可视导航的基础理论研究”、科技部新一代人工智能重大项目“脑记忆环路映射的机器智能”等。

      曾获得多项国家级奖励,包括国家技术发明奖一等奖1项(2012)、国家技术发明奖二等奖1项(2008)、国家科技进步奖二等奖1项(2016)、全国创新争先奖(2017),培养了一批中青年骨干人才(国家级领军人才计划入选者、“杰青”等18名),入选全国高校黄大年式教师团队(2021)。

       理学思维融合工科实践,交叉领域践行原始创新;

       基础研究领跑科学前沿,科技报国培养一流人才;

       原创仪器领跑国际合作,自主芯片支撑寓军于民。

       这三句话24小时显示在成像与智能技术实验室门口的大屏幕上,是二十多年来团队文化的高度凝练,并一直传承着。


攀科学险峰,育原始创新


    “世之奇伟、瑰怪,非常之观,常在于险远,而人之所罕至焉。”戴琼海带领团队20多年来在人工智能、计算成像到脑与认知基础理论与关键技术的持续投入,终至“人之所罕至”而现“非常之观”:提出了新一代人工智能与光场智能成像理论,通过原始创新取得了一系列突破性成果,研制的“两芯一器”引领了本领域国际前沿。

    “光电芯片”,为AI而生,进击国民经济主战场:在国际上首次提出基于光学衍射的神经网络系统,研制的光电计算芯片突破传统电子芯片计算长延时、高功耗等技术瓶颈,算力有望提升3个数量级,能耗下降6个数量级;“成像芯片”,边海空天,锤炼国家安全撒手锏:提出了片上非相干光孔径合成原理,研制了“时—空—角”自适应融合的光场智能成像芯片,有望实现大规模高速高分辨率巡天观测和低轨高速运动卫星跟踪监视,服务于边海空天安防事业;“显微仪器”,生物医药,打造人民健康破冰船:提出了多维多尺度光场智能显微原理,研制的显微仪器RUSH在国际上首次实现活体全脑神经成像,为生命科学规律的观测提供了利器,同时建立了数字自适应光学理论,创造了活体显微观测的世界纪录,填补了显微成像领域高端显微仪器在肿瘤和免疫研究中的空白。

       戴琼海带领团队2001年开始布局立体视觉与光场重建研究,重建精度连续7年国际排名第一。2008年布局信息与脑科学交叉研究方向,成果发表在《细胞》《自然·光子学》《自然·方法》《自然·机器智能》《自然·生物技术》和《自然·通讯》等顶级刊物,被《自然》和《细胞》系列期刊评述为“突破了视场与分辨率矛盾”“打破了活体成像的一系列壁垒”,与斯坦福大学联合建立了脑与认知研究中心。光计算研究工作以《自然·光子学》封面文章刊发,被评述为“速度效率均超过顶尖GPU”。率团队发表论文500余篇,授权国内外发明专利500余项,获国家技术发明一等奖、技术发明二等奖、科技进步二等奖。



为学人憔悴,衣宽终不悔


     “夙兴夜寐,靡有朝矣”,是对戴琼海院士多年来工作状态的贴切描述。实验室同学们凌晨4点收到戴老师发来的对科学难题的思考和讨论已是常态,关于戴老师何时开始工作、何时入眠的讨论始终无定论,但也似乎有了定论——他一直在工作。

       成像与智能技术实验室创立伊始,戴琼海从欧美发达国家对新兴科技的布局中敏锐地感觉到,以对“自然世界逼真重现与机器理解”为核心的立体视觉时代即将到来,这将是中国信息技术实现源头创新、赶超发达国家的一次绝佳契机,而突破国外专业软件钳制,通过对大范围自然场景的多视点采集及重建装置设计及基础理论的突破将是实现“弯道超车”的核心关键。在系统搭建时,面对“相机越多立体感越好”与“数据量庞大无法处理”的尖锐矛盾,牢牢抓住光线变化与立体重建精度之间的主要矛盾,在国际上首次提出了视觉场理论,建立了视角、光照和事件的关系,“鸟笼”也由此诞生。到2010年,基于该系统实现的三维建模误差小于0.3毫米,在由美国国家科学基金会等多家权威机构组织的国际评测中,重建精度连续7年排名第一。

      时间来到2008年暑假,戴琼海带领团队开赴深圳,开始了为期一个月、主题为“材料、生命科学、脑科学是最后的疆域”的学术调研,从而揭开了实验室发展的新篇章——“活体生命运行规律观测、分析与调控”。于是,以“新型生命科学成像仪器”为主题的国际调研、走访、分析、凝练与研究轰轰烈烈地开展了起来。2012年,团队得到了国家自然科学基金委重大科研仪器设备研制专项“多维多尺度高分辨率计算摄像仪器”的支持。历时4年、包含4000个零部件、与15个光机工厂、2个电子工厂紧密协同,第一代脑科学观测仪器研制过程中的艰辛自不必说,单是每日凌晨2点、涵盖组装、校正、数据处理、通信等7个小组的线上会议就持续了2个多月。戴琼海的心路历程,从2018年春节时他给实验室同学们的寄语中便可见一斑:

     “听到了2018时间督促的脚步,2017也随之飘去,太短暂了,留下了太多的深刻思考。这一年,我们默默无闻地度过,这一年我们刻苦努力的徘徊,1月20日的仪器中期,给我们留下了太多的期望,给我们留下了太多的向往。然而却是那么不幸,像是发着高烧的婴儿,有苦说不出。坚持的代价太过痛苦和伤人,可能在这个世界上,坚持是一种奇迹!

      说得清楚的叫故事,说不清楚的就叫理想吧!

      蒙楼是永远的记忆!我们都应该反思,但也不必总沉浸在负面的情绪里,我们要勇往直前,做到时刻体会教训的一个团队,几代人筚路蓝缕艰苦奋斗,把梦想做成结果,也足以证明我们是一个机制健康,砥砺前行的团队,是一个实现梦想的团队,我们不进步还有谁进步!

      我坚信:问题驱使是原创,方法改进只是进步;

      我深知:理学思维工科实践是发现和实证最好的伴侣;

      我思考:哲学艺术等文化是无用之大用,潜变你的世界观;

      我想说:只有学术上的成就才值得大学惠存,只有优秀人才的培养,才是大学的目标。

      你们一定会成为有思想境界、战略思维、宽广胸怀、善良助人、疑问不断的勤奋科学家!

      用我们的血汗来报答清华对我们的厚爱,用我们的成果报答祖国对我们的希望!”



颠覆性研究,博大而精深


      2021年4月清华大学110周年校庆期间,习近平总书记在考察成像与智能技术实验室时指出,“中国教育是能够培养出大师来的。我们要有这个自信”;“重大原始创新成果往往萌发于深厚的基础研究,产生于学科交叉领域,大学在这两方面具有天然优势。要保持对基础研究的持续投入,鼓励自由探索,敢于质疑现有理论,勇于开拓新的方向。”

       戴琼海不仅身体力行,更是“逼着”学生们去琢磨“颠覆性研究”。“所谓‘颠覆性研究’有三个标准:是否改变了科学研究的路径,是否改变了产业发展的方向,是否可以写进教科书。”戴琼海要求实验室的青年教师和学生们,必须去想“图(图灵奖)诺(诺贝尔奖)问题”。

      实验室有着“致广大、尽精微”的六字箴言:基础研究要致广大,交叉探索要尽精微;科学战略要致广大,研究战术要尽精微;头脑思想要致广大,落实践行要尽精微;技术创新要致广大,服务人民要尽精微。

      穿过风淋室吹掉灰尘,才能进入一间洁净的实验室,里面摆放着一台庞大的设备:这就是实验室自主研制、目前世界上视场最大、数据通量最高的显微仪器RUSH——高分辨光场智能成像显微仪器。国际同行研制的显微仪器每秒拍到千万像素,RUSH可达百亿像素,是国际上首个能实现小鼠全脑皮层范围神经活动高分辨率成像的仪器。通过RUSH,生命科学家可以在1平方厘米的范围内观察活体小鼠的大脑,研究大脑功能信号和脑血管舒张是否存在关系;可以观察小鼠脑部免疫细胞迁移过程,帮助医生研究人体的免疫病理反应;可以分析癫痫病人病变区域产生的癫痫波,揭示病理发生机制。“掌握了工具就等于掌握了武器,工具的突破可能带来一系列连锁反应。”戴琼海说。目前,在RUSH的助力下,生命科学家正陆续取得诸多重要科研成果。

       2021年5月25日,在习近平总书记考察清华大学一个多月后,《细胞》杂志发表了清华大学成像与智能技术实验室的最新研究成果,介绍了另一款自主研制的新仪器DAOSLIMIT——扫描光场显微镜。这套超级显微镜实现了活体三维、长时间、高分辨率的显微观测,为未来更多生物的发现提供了可能。肿瘤细胞的转移过程,也在镜头下无处可藏,这为肿瘤早期诊断和治疗开辟了新路径,更为揭示神经、肿瘤、免疫新现象和新机理等生命科学重大问题突破提供了变革性工具。《自然·方法》杂志这样评价DAOSLIMIT:“打破了活体成像的一系列壁垒。”

    “我们有一大批顶尖科学家在顶尖刊物上连续发表研究成果,整个科学家群体都在快速冲刺。”戴琼海说,“我们培养的这批‘90后’‘00后’,一定会扛起历史重任,他们有理科思维、工科实践、哲学表达的能力。”戴琼海喜欢用数学家弗里曼·戴森的“飞鸟与青蛙”的比喻教导博士生,“先做‘青蛙’,再做‘飞鸟’”——在前三年安心扎透一个问题,像青蛙一样专注;后几年专心培养找到前沿问题的能力,像飞鸟一样视野开阔。这样培养出来的科研人员“胸怀宽、境界高、眼光远”,能够以国际前沿和国家需求为重。

      凌晨5点,戴琼海院士办公室的灯亮了!


       新闻转载:东北大学校友总会官微

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