从Pendry理论到光启实践：一场关于超材料溯源与开拓的巅峰对话

5 月15日，以“材智共生、人工材料融合人工智能”为主题的第五届超材料大会在山东开幕。大会期间，英国理论物理学家、“超材料之父”John Pendry教授与超材料产业化领军人、光启创始人刘若鹏博士同台而坐，展开了一场关于超材料技术产业化和未来发展的深度对话。

1999年，John Pendry发表的一篇论文让上世纪60年代前苏联理论物理学家Veselago预言的“超材料”第一次有了可制造的方案，启发了无数学者投身超材料领域的研究；20年前，刘若鹏开始涉足超材料领域，参与了全球超材料物理理论的早期研究工作，是全球超材料基础研究赛道的重要参与者与早期开拓者之一，如今他已带领光启走出了一条超材料从实验室向产业化应用的自主创新之路，成为当前超材料产业化的领军人。这场跨越三十年的对坐，是一次学术和产业融合创新的深度交汇，更是超材料技术从理论诞生到落地应用的完整缩影。

说起与John Pendry教授的渊源，刘若鹏感慨良多。2003年，刘若鹏师从麻省理工电磁学界泰斗孔金瓯教授（当时浙江大学的兼职教授）学习高等电磁理论，与崔铁军院士一起研究超材料基础理论。其间第一次读到了Pendry教授关于超材料的论文，彼时超材料仍处于研究早期，许多特性还无法解释，“超材料”甚至尚无正式名称。

2006年，刘若鹏赴美留学在超材料领域进一步深造，开始引入人工智能算法设计更复杂的超材料结构。同年，Pendry教授提出光学变换理论。正是基于这一理论，他在2008年就开始将机器学习（AI）算法引入超材料设计，首次实现了6000种不同的人造微结构的秒级设计并制备成“宽频段隐身衣”，以第一作者身份将研究成果发表于《科学》杂志。该研究利用数值优化算法解决了宽带设计难题，推动了超材料从理论向工程应用的转化，至今已被引用逾1700次。《自然》期刊高度评价该论文“对材料学来说具有白天与黑夜般的意义”。

物理学的意义，不止在于解释世界，更在于改变世界。正如Pendry教授在对话中提到的，“过去 30 年，超材料发展的核心驱动力，就是人类对应用场景的想象力。”对刘若鹏而言，超材料不能只停留在论文阶段，需要有人将其推向工业应用、实现产业化发展。正是瞄准超材料这一项具有颠覆性的前沿技术和其产业化的重大战略意义，2010年，刘若鹏带着对超材料技术的理想和科创报国的信念，回国成立光启。

经过十六年的艰辛奋斗，光启在全球率先突破超材料设计理论，跨越了最艰难的实验室前沿科学研究到工程化技术体系构建的鸿沟。为支撑超材料产业化落地，光启打造了人工智能、微纳制造、高分子新材料、先进复合材料制造、精密制造、微波射频技术、先进检验检测七大能力平台，形成上中下游全自主可控的产业生态，在全球范围内率先将超材料技术规模化应用在我国最新型尖端装备。

业界有一个形象的比喻：在基础科研和产业化之间横亘着一道“死亡谷”。回顾将超材料技术从实验室引入市场的艰辛历程时，刘若鹏认为超材料从实验室走向工程化有两个显著的特点，海量定制和绝对非标。光启围绕非标和定制，建立了面向量产的深度数字化制造平台。

在他看来，传统制造业逻辑是“设计一个，复制一百万个”，依赖标准化模具与流水线，解决的是“规模化”问题。而超材料产业化逻辑是“设计一万多个，柔性制造一百多万个”，面临的是海量定制、绝对非标与规模量产的“不可能三角”。“唯有通过覆盖理论开发、复杂设计、微纳制造、定制原料、精密加工、电路调试、系统测试的全链条创新并垂直整合重构物理边界，依托深度数字化突破管理极限，方能实现超材料产业化的真正跃迁。”刘若鹏说。

过去十六年，正是基于海量定制和绝对非标的两大显著特点，光启累计研发定制不同结构、规格的超材料零组件19845种，配套完成验证试验零件12102件，覆盖各类原材料9431款，其中自研定制核心主料达189款。在无行业标准可借鉴的非标生产工艺领域，光启持续打磨核心制造能力，累计绘制复杂下料图20946张、编制Layout图纸37237份、积累FO设计文档38亿字，精细规划工序工步超145万道；在核心硬件配套层面，自主适配研发非标设备4641台、定制非标工装14994个，累计完成超150万平方米高精度光刻作业。

这些看似枯燥的数字背后，是光启对“不可能三角”的跨越。通过将全链条创新与深度数字化深度融合，光启硬是在原本荒芜的“死亡谷”中，铺就了一条通往规模化量产的坦途，将超材料产业化从“不可能”变为现实，成功完成了从实验室到产业的惊险一跃。

面对中国超材料的研究成果和光启的产业化速度，Pendry教授表示，“据我了解到的，中国在超材料领域的研究成果可能已经超过了全球其他地区的总和。尤其光启在超材料产品大规模制造方面取得的重大进展，令人印象深刻。”

在第五届超材料大会上，光启凭借在AI驱动超材料设计领域的颠覆性突破，将人工智能深度植入超材料的研发、设计、制备等全产业流程，荣膺“年度中国超材料十大进展”技术创新类奖项。

如今，光启的超材料技术已经在航空装备、智能汽车、无人机蜂群等领域取得重大进展。在航空航天装备领域，光启的超材料产品已大规模应用在尖端装备领域，大幅提升装备的综合性能，推动装备实现跨代发展。在智能汽车领域，光启将航空航天级“紧缩场检验检测技术”迁移至汽车场景，通过电磁波精准调控与场域模拟，破解传统近场测试物理空间限制，实现整车级无线数据高精度验证。在蜂群无人机领域，光启围绕其七大能力平台，依托自身超材料、结构功能一体化、低成本制造等优势，推动无人机蜂群向智能化、集约化、轻量化方向发展。

对于超材料未来的发展趋势和终极形态，Pendry教授表示，超材料从最初结构简单、功能单一的状态，发展到如今的水平，面临诸多挑战，从业者也正在进行多元化研究。中国的产业实力，决定了这里对超材料有巨大需求。“我当下与未来的研究方向，是让超材料随时间快速变化，也就是在本次大会上提到的四维超材料。众所周知，时间与空间三维截然不同。为材料加入时间结构，不仅给工程师，也给物理学家带来全新挑战。”

作为我国超材料产业化的领军人，刘若鹏对于这项技术的落地应用更为关注。他指出，超材料具备显著的结构功能一体化特性，能够通过更复杂的设计架构与更先进的工艺制造，实现传统技术无法达成的性能飞跃。

在谈及未来产业时，刘若鹏表示，超材料将是推动各类装备向智能化、集约化、轻量化发展的关键力量，尤其在无人机蜂群、星链、机器人等前沿领域潜力巨大。超材料不仅能够实现装备的极简设计，更能完美兼顾日益复杂的探测、传感、通讯数据链及多维感知需求。“超材料技术将成为AI时代下一轮科技革命中不可或缺的核心支撑，为智能协同与复杂系统的演进提供底层技术保障。”刘若鹏如是说。