超材料前沿权威全面溯源与开拓巅峰对话：从Pendry理论到光启实践
第五届超材料大会日前在山东开幕，主题是“材智共生、人工材料融合人工智能”。大会期间，有一个颇为引人注目的环节——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，Pendry教授的那篇论文，可以说是直接给超材料画出了第一张可制造的蓝图。上世纪60年代，前苏联理论物理学家Veselago曾预言过“超材料”的存在，但直到Pendry这篇论文出现，才让这个设想有了落地的可能。此后，全球无数学者被吸引到了超材料的研究中来。而20年前，刘若鹏也开始涉足这个领域，参与了全球超材料物理理论的早期研究工作，是基础研究赛道上的重要参与者与早期开拓者之一。如今，他带领光启走出了一条从实验室到产业化应用的自主创新之路，成为超材料产业化的领军人。从理论诞生到落地应用，这三十年，正好是一个完整的故事闭环。
说到和Pendry教授的渊源，刘若鹏的回忆中带着感慨。2003年，他师从麻省理工电磁学界泰斗孔金瓯教授（当时也是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。也是在那时，他第一次读到了Pendry教授关于超材料的论文。彼时，超材料研究还处于非常早期的阶段，许多特性都还难以解释，甚至连“超材料”这个正式名称都还未完全确立。
到了2006年，刘若鹏赴美留学，在超材料领域进一步深造，并开始尝试将人工智能算法引入超材料结构的设计中。同年，Pendry教授提出了光学变换理论。正是基于这一理论，刘若鹏在2008年就把机器学习（AI）算法用到了超材料设计上，首次实现了6000种不同人造微结构的秒级设计，并制备出了“宽频段隐身衣”。这项研究成果以第一作者的身份发表在《科学》杂志上，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，至今已被引用超过1700次。《自然》期刊更是给出了一句极高的评价——它对材料学来说，具有“白天与黑夜般的意义”。
物理学的意义，不止于解释世界，更在于改变世界。Pendry教授在对话中有一句话说得非常精辟：“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。”对于刘若鹏而言，超材料不能只停留在论文阶段，必须有人把它推向工业应用、实现产业化。正是瞄准了这项碘伏性技术以及它的重大战略意义，2010年，刘若鹏带着对超材料技术的理想和科创报国的信念，回国创立了光启。
十六年的艰辛奋斗，光启在全球率先突破了超材料的设计理论，跨越了从实验室前沿科学研究到工程化技术体系构建之间那条最艰难的鸿沟。为了支撑超材料产业化落地，光启打造了七大能力平台——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，形成了一个上中下游全自主可控的产业生态。在全球范围内，光启率先将超材料技术规模化应用到了我国最新型的尖端装备上。
业界有一个颇为形象的比喻：基础科研和产业化之间，横亘着一道“死亡谷”。回顾将超材料从实验室引入市场的艰辛历程时，刘若鹏认为，超材料产业化有两个非常显著的特点——海量定制和绝对非标。光启正是围绕这两个特点，建立起了一个面向量产的深度数字化制造平台。
传统制造业的逻辑是“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”的问题。而超材料的产业化逻辑则完全不同：它是“设计一万多个，柔性制造一百多万个”。这就带来了一个“不可能三角”：海量定制、绝对非标与规模量产之间的矛盾。要破解这个难题，唯一的路径是打通覆盖理论开发、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，通过垂直整合来重构物理边界，再依托深度数字化去突破管理极限。刘若鹏说得直白——只有这样才能实现超材料产业化的真正跃迁。
过去十六年，光启正是在“海量定制”和“绝对非标”这两个关键词上持续深耕。累计研发定制了不同结构、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150万平方米的高精度光刻作业。
这些看似枯燥的数字，背后是光启对那个“不可能三角”的真正跨越。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，铺出了一条通往规模化量产的坦途。
面对中国在超材料领域的研究成果，以及光启的产业化速度，Pendry教授给出了很高的评价：“据我了解，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碘伏性突破——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。
目前，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了重大进展。在航空航天装备领域，超材料产品已大规模应用于尖端装备，大幅提升综合性能，推动装备实现跨代发展。在智能汽车领域，光启将航空航天级的“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，破解了传统近场测试的物理空间限制，实现了整车级无线数据的高精度验证。在蜂群无人机领域，光启依托七大能力平台，发挥超材料、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教授提出了一个全新的方向。他表示，超材料从最初结构简单、功能单一的状态发展到现在，已经面临诸多新的挑战。从业者正在进行多元化研究，而中国强大的产业实力，意味着这里对超材料有着巨大的需求。“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。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，也给物理学家带来了全新的挑战。”
作为我国超材料产业化的领军人，刘若鹏则更为关注这项技术的落地应用。他认为，超材料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，他判断，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。