曲久辉院士、余刚院士、俞汉青院士等“吴江对话”：颠覆性技术的思考与突破

对科学、技术的回顾与梳理，目的始终是为了指向未来。“我们现在是否具备环境领域颠覆性技术的产生基础，以及可能的创造目标是什么？”刘书明教授对院士们的现场提问，也代表观众和行业的关切。

曲院士的回答非常坚定：我个人认为环境技术一定会出现颠覆性的发展，而且一定会在中国出现。原因有二：一是中国已经开展的一系列科研计划，其在投入规模、应用目标的明确性、连续性和系统性方面，全球罕有，为环境科技突破奠定重要基础。其中的一些重大研究，如在饮用水安全保障和工业废水治理方面，已取得显著成果。二是我们面临复杂严峻的环境挑战，有着巨大、迫切、持续的环境改善需求。尤其是在新一代技术、新兴产业、新的高质量发展需求下，环境科研创新如何通过人工智能等新一代工具实现变革，我们正在坚定迈步向前。

事实上，环境领域可能是未来最有希望实现技术突破的领域之一。曲院士表示，现在大家经常会讨论科学研究的方向，认为未来是向极微观、极宏观、极端条件以及极综合交叉这四“极”的发展。这恰恰契合经济社会可持续发展对环境技术的需求。“如饮用水毒害物质的极限去除、工业园区零排放、水环境水生态的最小风险等等，这些极限目标构成对环境技术的深度挑战，但同时也给行业绘制了蓬勃的发展蓝图”。

在具体的技术方向上，三位老师各有一个“提名”。余刚院士“看好”环境智慧感知与调控技术。在环境信息感知方面，既有针对环境指标微纳级别的传感，也有大时空尺度的遥测，以及针对生态和人体健康毒性物质的高通量感知；在风险评估的人工智能模型方面，他认为会产生基于环境容量和环境承载力计算评估，可支撑可持续发展决策、管理的环境大模型，在这两方面突破之上，将构建城市环境智慧调控信息平台，实现环境信息的即时感知、精确评估、科学预警和智慧调控，从而支撑生态环境质量的全面改善。

俞院士个人近期一直关注合成生物学在环境领域的发展。他认为，合成生物学近年来在医学、健康、农业、卫生等方面发展很快，影响很大。环境行业其实也与微生物息息相关，环境合成生物学和其在别的领域一样，也涉及元件挖掘、代谢网络重构、人工菌群的设计等。“从这个角度来讲，合成生物学在环境领域也同样充满希望，比如可以应用于污染物、病原菌检测，也可以进行污染物的治理强化，还可以把目前农业、工业大量废弃物当作原料进行生物化工生产。合成生物学的发展为现有环境工程技术的颠覆提供了无限可能。”

曲院士认为，环境技术将来的颠覆就在生物、材料以及信息技术三个方面。结合正在爆发阶段的人工智能，他做了一点简单想象，一种可以自感知、自响应、自清洁和自动恢复的智慧净水材料。“这个设想并非天马行空，芯片或传感器技术与材料的结合、植入，具备空间与可能性，这一类材料可能就是未来环境技术发展的重要基础。”

以人工智能为代表的硅基文明前站技术，带来的契机不仅在于技术产品本身，还可能对创新、科研的路径本身带来变革。曲久辉说，环境复杂性背后的海量数据，能否通过人工智能，揭示一些明确的基本科学规律，实现对环境认知从“黑箱”到“白箱”，从定性到定量，单一到交叉，从静态到动态，最后能够实现从局部到系统的整体认识。“人工智能将颠覆环境领域的科学范式，也给我们认知、创造和发展带来前所未有的机遇。”

除了科研范式变革，老师们聚焦的环境领域颠覆性技术的实现路径，还包括基础研究与学科交叉的双轮驱动，动态预见以及国际视野。

俞汉青院士指出，基础研究和学科交叉作为颠覆性技术的“”双轮”，也都有可能在新一代技术的“加持”下提速。”在基础研究层面的突破也是发展颠覆性技术的一个基础原动力。但往往还不够，还需要更多面向未来的跨界融合，特别是其他领域涌现的颠覆性应用。比如环境合成生物学就是生物跟环境的结合，再叠加AI可能就催生智能合成菌群技术；近年来的机器化学家概念，就是把AI+机器人+相关技术，可以大批量合成面向应用的催化剂。这些科研领域的范式和成果，总结下来应该都是理论深耕和融合创新的结果。”

“在组织技术创造的同时，也要实现对技术的动态预见和发展的深度谋划。”余刚院士表示，对未来技术的动态预见是产生颠覆性技术的重要基础，建议可以组织专题性研讨来预判发展动态，特别是识别跨领域技术的交叉点，在此基础上针对环境领域设立基于交叉学科进展的重大专项。与此同时，要拥有国际视野，深入了解和洞察国际水环境领域的最新技术动向和发展的趋势，要从全球范围内获取互补性的技术、人才和数据，突破单一国家和地区的资源瓶颈。另外也要通过不同的文化背景下的思维模式碰撞，催生非传统的技术路径。