美籍華裔高華健教授是世界知名固體力學家,曾擔任美國布朗大學和斯坦福大學的終身教授。
兩年多前,他加入南洋理工大學機械與宇航工程學院,協助培育本地科研人員,也是南大委任爲傑出大學講席教授(Distinguished University Professor)的六人之一。
少年時期在中國經曆文化大革命,他14歲開始念大學,後獲國家保送到哈佛大學。
高華健教授爲人低調,這次接受《聯合早報》專訪,也是他首次接受媒體訪問,談他特殊的兒時經曆,也談他如何致力于以科學改善人類生活。
帶著忐忑不安的心,進入高華健教授(58歲)的辦公室。
說忐忑,是因爲在搜索他的背景時,長達73頁的個人履曆、學術講座視頻、連串的專業用語,對記者這種“物理白癡”來說,真有欲哭無淚的感覺。
兩個多小時一席話後,細嚼慢咽,居然嘗出甜味,方知“應用力學”(applied mechanics)並非洪水猛獸,而是可親近人群的實用工具。
只是更專注和堅持自己興趣的普通人
14歲就念西安交通大學工程力學系,高華健當時被同學戲稱“神童”。
問他,跟別人的最大區別是什麽時,高華健這麽回答:“我只是普通人,身爲科學家,可能我比多數人更加專注和堅持自己的興趣和愛好罷了。”
他說,十四五歲念大學,情況較特殊,但也不稀奇,“並非成績很好,而是時代的因素”。
1963年,高華健在四川成都出生,父親是新中國第一代大學生,在兵器工業部的研究所當電機工程師,高中畢業的母親也在同個單位工作。
高考前父母到處借書 爲他日抄夜抄
文化大革命1966年開始,期間中蘇交惡,因爲擔心蘇聯以核武攻擊,父親的研究所搬到了綿陽,他也因此在偏遠地方長大。
他說,1970年上小學,因爲跳級,中小學只用了八年念完。“文革時在學校,都不注重學習,不講成績的,所以跳級很普通。”
文革期間,高考停止。
1977年8月份,鄧小平宣布恢複高考。當時,他在父親單位辦的子弟學校念高一,趕上了1978年6月的高考,只有約五個月時間備考。
“一切從零開始,因爲文革時期大學都停辦了,所以當時很缺適當的教科書,父母親到處借書給我准備。父親白天抄。母親晚上抄,因爲借兩天就得還。”
他說,在大學念應用數學的父親教他數學,所以進步很快。
當時,他也參加學校爲高考生辦的晚間補習班,其中一名清華大學分校的物理教師,物理課講得很棒,對他啓發很大。
他還記得高考的成績,數、理、化三科平均95分,政治74分,語文41分。“因爲完全不懂文言文,語文比較糟。英文最差,只得29分,好像是選擇題,隨便亂填的,哈哈哈!”
選修應用力學 在基礎科學和科技之間搭橋梁
雖然對物理和數學最感興趣,但父親鼓勵他學比較實用的工程。
他最終來個折衷,攻讀在基礎科學和科技之間搭橋梁的工程學科——應用力學。
12月份出生的高華健,同年10月進入西安交通大學時,15歲還不到。“當時有一批跟我年紀相仿的,也有大我們很多的‘老三屆’。”
“老三屆”是指文革前期1966年至1968年高中畢業,但沒有大學可上的學生。所以他班上的同學,從14歲到28歲,差一倍的都有。隔壁班的甚至還有42歲的。
完成大學教育,他的研究生考試獲全校第一,國家支持他,送他到美國哈佛大學。
1983年他到哈佛時,托福成績高分,但英語表達能力卻很差勁。當時,學術指導老師推薦他報讀ESL課程(英文爲第二語文)。該課程要他先考分級,再看給他編入哪個班。結果,他考了100分,卻被拒收。
“我的英語會話不行,但閱讀和書寫的能力卻可以。學術指導老師知道後,哈哈大笑!
“整個校園當時只有20來個中國留學生,我們很快結交了美國同學和朋友,數個月後,我的英語就跟上進度了。”
從自然界取得靈感 也力求超越自然界
向自然界學習,但要青出于藍,這是高華健一生致力追求的目標。
他熱衷于研究自然材料的力學性能及其操作原理,冀望以同樣原理創造出更好的工程材料,讓人類受益。
高華健是固體力學(solid mechanics)領域的頂尖專家,研究範圍包括工程及生物系統中的納米力學、納米結構和低維(low dimensional)材料力學、斷裂力學(fracture mechanics)、薄膜力學(thin film mechanics)、納米醫學(nanomedicine)等。
記者是理科門外漢,向高華健討教,他到底在研究什麽,有什麽實用價值?
沒想到,他深入淺出地分享幾個研究項目後,還真讓記者感受到物理之美妙。
自然材料曆經數千萬年演變 分子不斷合成和優化
談到物理,身高1.88米的他自然流露出一臉的喜愛與滿足。
“從讀書時期,我就發現了解事物如何運作是既有趣又令人滿足的事。例如,鳥兒飛翔,飛機飛行,兩個截然不同的物體,飛行的原理有什麽共同之處,讓我很好奇。
“我一直在研究自然材料,例如骨頭,貝殼和牙齒的運作原則。這些材料曆經數千萬年的演變,分子不斷合成和優化。
“從自然界汲取靈感、得到啓迪大有裨益。自然材料環保,制作成本低容易回收。了解這些材料,我們希望可以做得比自然界更好。”
他舉例時眉飛色舞地說,如骨頭的組成物質非常脆弱,其中包括屬性很差的材料,像粉筆般的礦物質和一些蛋白質。
“自然界卻自有一套方法,用複合結構將它們混合起來,讓骨頭變得強健。
“自然界也教導我們許多方法,像如何使用再循環和可降解材料,讓它們再成爲有用的結構。我們希望從中學習如何在不破壞環境的情況下,推動科技發展。”
他研究骨頭、貝殼和牙齒,發現這些物質的礦物質是納米結構組織而成,所以極爲堅韌,可達水晶韌性的3000倍。
“我們也發現壁虎走壁的獨特秘密,在于它們腳板上微毛發的結構,使它們可以黏在垂直表面並攀爬。”
難怪他形容研究工作“像偵探,設法解答謎題,而研究往往摻雜成功、失敗和氣惱”。
問他如何看待所取得的輝煌科研成就?他說:“我享受自己所做的。能與一群非常聰明的博士生和博士後一起搞研究,我覺得很幸運。”
社會課題愈加複雜 研究日趨多學科模式
他指出,研究工作已從單一領域,慢慢走向多學科模式(multi-disciplinary approach),“因爲社會面對越來越複雜的課題,包括氣候改變、大流行病、人口老化,基礎設施等。”
他曾說過,跟不同領域的頂尖人才交流,可以互相學習,擴大自身的能力,讓人感覺自己在不同領域工作。
“你經常可以自由選擇研究課題,再跟同行分享成果,從而達到廣泛的影響力。所以我認爲,大學教授是世界上最好的工作了!”
多個與醫藥相關科研項目進行中
過去20年來,高華健發表至少533篇學術論文,也是固體力學家中,文獻被引用次數較多的學者,達5萬多次。
他是世界上少有的三國一洲六院士,包括美國國家工程院院士、美國國家科學院院士、美國人文與科學院院士、德國科學院院士、歐洲科學院外籍院士,以及中國科學院外籍院士,也是多份國際學術刊物的主編或編委,聲名顯赫。
高華健幾個與衛生相關的科研項目包括:
■心髒複建“智能創口貼”
心髒病突發後,如果貼個創口貼就能讓心髒複原,該多好?
高華健與複旦大學和蘇州大學的教授合作研究、幫助心髒病患者康複的“智能貼”(smart patch),進展良好,已在去年年初發表報告。
他說,“智能貼”目前在老鼠身上取得良好效果,但還需進一步進行動物臨床試驗。“因冠病疫情所累,否則速度會更快一些。”
他說,心髒不比皮膚,貼心髒的創口貼須預防受損的心髒損傷擴大,但同時也要讓心髒正常跳動。
“好比氣球破了口,在洞孔貼個創口貼,防止它漏氣,卻不妨礙氣球舒張和收縮。”
爲了取得這個目標,他和研究團隊設計了一個特別的粘彈性材料(viscoelastic material),來克服上述挑戰,協助心髒病突發後恢複心髒運作功能。
“因爲貼在心髒,材料的選擇和設計要求非常嚴格。”他說,粘彈性材料制成的心髒智能貼可以不必除掉,等到心肌組織康複後,就慢慢地被身體自然吸收了。
■抗生素研發須追趕耐藥性細菌演化
抗生素在上世紀的出現,改變了現代醫學,但因爲耐藥性細菌迅速崛起和不斷進化,導致公共衛生面臨危機。
高華健說,開發新抗生素的傳統方法,已無法跟上耐藥性細菌的步伐,部分原因是因爲抗生素無法完全消除細菌群中存活的“堅執分子”(persisters)。
“我們正研發可以破壞細菌膜,進而殺滅全部細菌的納米顆粒(nanoparticles)。”高華健團隊的初步研究顯示,以細菌膜爲進攻目標的抗生素,能夠殺死細菌的堅執分子,並且阻斷細菌抗藥性的發展。
“這相當于尋找只殺細菌,但不會將身體的其他細胞也殺掉的精准子彈(silver bullet)。”
他指出,通過研究,我們能知道納米的哪個化合物組成部分起到關鍵作用,搜尋範圍便可縮小,否則會像大海撈針。
■安全氣囊防護衣 防老人跌傷
老人容易跌倒,且常常傷及盤骨。如果有類似汽車安全氣囊功能,緊急時能膨脹的防護衣,就可以避免老人跌傷。
高華健說,穿山甲和犰狳(armadillos),身上的靈活鱗片不妨礙平時活動,但遇敵時肌肉霎時收縮,鱗片即形成堅硬的保護盔甲。
他和三名南大教授正向這些生物偷師,研發給老人穿的防護衣。
每個教授有自己的研究範圍,包括控制生物材料性能的蛋白質機制、自行硬化的布料、模擬設計(simulation design)、機械、組織聚合物傳感器(tissue polymers sensor)等。
“我們根據自然材料的特性,要研發能回應外界幹擾,包括壓力、溫度、酸堿值、燈光、濕度等的紡織品。”
■納米孔洞口罩(nanoporous mask)
冠病防疫口罩已成了日常必需品,但多數口罩不夠透氣,戴久了很不舒服。高華健和另一名南大教授正申請研究基金,研發納米孔洞口罩。
他說,空氣分子小于一個納米,而冠狀病毒則是100個納米大。只要口罩孔洞介于一到100個納米,病毒就無法進入。“戴了這種口罩可以順暢地呼吸,它甚至可以是透明的。”
新加坡中西文化交彙 在心中有個特別位置
高華健教授是各國競相爭奪的科研人才,最終會落戶新加坡,是南大校長蘇布拉·蘇雷什教授牽的線。
高華健告訴《聯合早報》,他與蘇雷什教授相識30年左右,一次機緣巧合,後者邀請他加入南大。
“身爲美籍華人,新加坡在我的心中一直有個特別的位置。這是個非常有趣、中西文化交彙的地方。”
曾任多年新科研客座教授
在加入南大之前,高華健已數次到訪新加坡國立大學,並在2007年至2012年期間,擔任新加坡科技研究局(A*STAR)客座教授,每年到這裏兩個月。
高華健說,他留意到新加坡的大學這些年快速發展,已成爲亞洲和世界頂尖的研究引擎之一,“能到這裏,我感到極其興奮”。
高華健的雙親數年前過世,兩個妹妹還在綿陽。他的妻子是在香港長大的美籍華人,30歲的兒子是軟件工程師,現居美國硅谷。
高華健與妻子現住南大提供的房子,在校園的最高峰。
空余時,夫婦倆有時會與也是傑出大學講席教授的鄰居沈祖堯(南大高級副校長(健康與生命科學)兼李光前醫學院院長)結伴找本地美食品嘗。不說不知,叻沙和肉骨茶是兩名教授共同喜愛的美食呢!