青年人才成长故事 | 王佳琪：攻克小功率自供电海洋技术

导语

        南海海洋生物技术国家工程技术研究中心于2004年获批成立，是南海海洋行业国家级科技创新平台，目前依托新奥门31999新奥门31999管理和建设。经过十多年的发展，工程中心在科学研究、技术创新、产品研发、平台建设、人才培养和行业服务等方面成绩显著，2018-2020年期间，工程中心承担科研项目任务342项，其中国家科技项目189项，国家委托任务经费40111.07万元，国家（国际组织）认证实验室1个。中心技术性收入达17322.02万元，专利所有权转让及许可收入达3400万元，研究与试验发展经费支出达26387.32万元。中心先后获得省部级各类成果奖项10项，发明专利获得授权299件，其中4项技术成果在工程咨询、设计、施工中得到应用，1项形成国家和行业标准。中心成立至今，积极扩展创新领域，完善平台建设，凝聚核心竞争力，以“集聚一流人才、研究一流技术、开发一流装备、产出一流成果”为目标，近三年在南海海洋资源开发与利用、海洋生态环境监测与保护等技术方面解决了大量应用难题，已成为南海海洋技术研发高地和海洋高端人才聚集地。目前工程中心研发人员、实验及管理人员共360余人，仪器设备总值约1.5亿元，办公及科研实验室面积近3万平米。现特别推出南海海洋生物技术国家工程技术研究中心青年人才系列专题报道。

人才简介

王佳琪，辽宁阜新人，新奥门31999新奥门31999“百人计划”副教授,硕士生导师。在南海海洋生物技术国家工程技术研究中心平台上，他重点关注包括海洋观测系统在内的物联网系统中的供电，信息感知与传输问题，提出了利用环境运动产生的摩擦电调控空间光以及通过击穿放电辐射电磁波两种全新的自供电无线传感机理，并实现了自供电风速传感，水下光电探测，气体成分传感等应用。以第一作者（含共同）发表论文15篇， 其中包括Science Advances, Nano Energy和ACS Nano等国际权威期刊，并获得美国机械工程师协会授予的最佳论文奖一项。获授权专利3项。

家庭熏陶，科学启蒙

王佳琪出生于一个知识分子家庭，祖母、外祖母、外祖父都是小学，中学和大学教师。王佳琪小时候，外祖父就经常带着他一起去大学实验室去看各类动植物细胞。父亲曾是一名电子工程师，在王佳琪的心中，父亲是解决各种问题的能手，计算机软硬件乃至家用电器只要出了问题，父亲都能很轻松地找到解决办法。受家庭的影响，王佳琪从小就对自然科学和电子技术产生了浓厚兴趣。

父母对王佳琪的教育一直以兴趣引导为主。中学学习物理的时候，父亲买来各种光学透镜和电子元器件，通过在家里面动手实验并观察现象，来验证教材中讲到的理论。通过这种方式的学习，王佳琪从来没有觉得读书和学习是一件很枯燥和辛苦的事，对于同龄小孩喜欢的电子游戏不感兴趣，反而觉得研究物理问题是最开心的事情。

高考时，王佳琪选择了以培养电子信息科学技术为核心的学府——电子科技大学。在校期间，他除了认真努力打牢电子信息领域的基础知识之外，还代表学校参加了全国第二届大学生物理学术竞赛(CUPT)并获三等奖。竞赛中有一道题就是让学生提出测试白炽灯热能和光能比例的方法。为此，王佳琪自学了光学工程领域的知识，并搭建了一套光学测试平台，最终测得的热能/光能比值与理论结果高度接近。自此，王佳琪对光学产生了浓厚的兴趣。

兴趣驱动，专注科研

兴趣是取得成功的关键。本科毕业后，王佳琪继续追随自己探索光学的梦想，在获得香港科技大学全额奖学金资助后，师从国际电气电子工程师协会会士，英国物理协会会士，美国机械工程师协会会士李世玮讲座教授，开始从事光电半导体发光器件的前沿研究工作。在攻读博士期间，他利用蒙塔卡洛算法实现了白光LED发光光谱的精准预测。该项工作无需反复实验，只需通过模拟计算即可直接得到目标照明特征所需的结构和材料参数，从而为企业节省大量的人力和材料成本，包括华为公司在内的多家企业利用该技术实现了半导体光源的优化设计。该项成果获得了美国机械工程师协会授予的InterPACK&ICNMM最佳论文奖（入选比例3/400）。

2018年博士毕业后，王佳琪即获华为公司高薪聘用通知。在很多人看来，华为公司提供的职位与他的工作高度契合且待遇优渥，入职华为应是不二之选。然而，王佳琪觉得教书育人比进入企业更能发挥自己兴趣和长处，于是决定加入香港中文大学訾云龙教授领导的自供电与智能系统实验室，继续从事博士后研究。

訾教授课题组科研探索氛围浓厚，轻松活泼，鼓励实验室成员自主选择科研题目，这让王佳琪的科研探索潜能得到了充分释放。在选择研究课题时，他留意到摩擦发电技术是一种前沿技术，未来有可能是世界能源变革的重要部分，特别是可以利用摩擦生电与环境运动的关系获得无需外部供电的、可感知相关环境变化的传感器。但他发现现有传感系统多需使用线缆来传输摩擦信号，难以应用于海洋等特殊环境。为此，他提出，如果采用空间光或电磁波代替线缆传输摩擦信号，是否可以进一步拓展摩擦驱动自供电传感的范围呢？但当时的摩擦驱动自供电光学和电磁波辐射系统的研究还是空白，没有任何可供借鉴研究资料。

在两年多的博士后期间，在兴趣的驱动下，他几乎全部时间都专注于科研，经常废寝忘食。他探索了包括摩擦电驱动液体透镜技术和摩擦电驱动液晶技术两种摩擦驱动自供电空间光调控机理，发现在无需外部供电的情况下，可将环境运动（比如波浪或气流）的信号通过摩擦驱动光调制转换为光信号，并被岸基接受。同时，利用摩擦电对液晶和液体透镜的调控，分别实现了自供电智能窗户和水下光谱可调照明。此外，他还发现摩擦击穿放电引起的电子振荡，可向外辐射电磁波。这一机理意味着：环境运动可借助摩擦直接向外辐射电磁波，从而实现了世界上传输距离与体积比最高，集“能量收集-信息感知-无线传输”功能为一体的自供电传感单元（器件体积9mm乘9mm乘0.095mm，见下方视频）。除了感知环境运动之外，还利用先进的人工智能技术分析了不同气体放电产生电磁波的频谱变化，实现了气体成分的精准感知。这一发现有望对自供电传感领域产生变革性影响（相关成果发表于国际权威期刊Science Advances）。

立德树人，教学相长

2021年4月，王佳琪通过新奥门31999“百人计划”加入新奥门31999任副教授。在学院和工程中心的支持下，王佳琪从零开始，建立起自供电海洋技术与应用实验室，并承担包括《Python数据分析，Numpy, Pandas, Matplotlib》（研究生专业课），《Python语言与程序设计》（本科生专业选修课）以及《数据分析与办公自动化(基于Python)》（公选课）共三门课程的教学任务。此外，王佳琪还协助指导博士生一人，指导硕士生两人，大学生创新训练项目3项（本科生共9人）。

王佳琪拍摄于新奥门31999珠海校区海琴楼前

课程教学方面，王佳琪注重用通俗易懂, 寓教于乐的方式讲解编程思想，激发学生的学习兴趣。例如，以图像处理的方式（如RGB三个通道的分离，图片的合成和分割，彩色和灰度图片转换）讲解Numpy的操作；利用while和for循环求π等。此外，在学院指导下，王佳琪将课程思政元素融入学科教育，注重通过实际案例增强同学们的民族自信心，比如在讲解祖冲之割圆法的同时，利于课间时间观看关于祖冲之的纪录片，当同学们学习到我们中华民族的先辈用最简单的竹片实现1万次以上的割圆，并得到了当时精度极高的π值（小数点后7位）时，都为之感到无比的骄傲和自豪。王佳琪的三门课程都以编程项目的形式考察学生们的学习情况，代替试卷考试。目前这三门课程在学生们中产生了强烈反响，并得到了好评。很多学生因为这门课程而对编程产生了极大的兴趣和爱好。

研究生培养方面，王佳琪注重“前沿学术-先进技术-优秀文化”的三位一体全面培养。根据每个学生的特质，因材施教，帮助学生规划自己未来的科研和职业发展方向。

学术引领方面，王佳琪鼓励学生瞄准国际学术领域的前沿问题，开展科研攻关。目前所指导的三位研究生分别开展摩擦发电在海洋信息感知，超高效率海洋能收集以及碳中和方面的前沿学术研究。王佳琪要求学生们首先要在学习和认识底层物理机理的基础上，再进行技术突破和场景应用。

王佳琪在自供电海洋技术与应用实验室指导学生科研

在技术培养方面，王佳琪要求每位学生必须掌握一门编程语言，一种硬件设计和仿真能力。同时，不断探索全新的技术手段在科学研究中的应用。比如，目前正在通过与腾讯公司AI Lab合作，将摩擦发电技术与人工智能技术相结合，实现多维度的自供电智能传感。

文化育人方面，王佳琪注重学生德才兼备的培养，鼓励学生们利用业余时间学习文化经典。并且，王佳琪每周和学生们进行一次“见贤思齐”讨论会，大家在一起讨论过去一周里，自己有哪些不足需要改进，别人有哪些长处值得学习。通过这样的方式，王佳琪与学生们同学习，共成长，共同营造一种大家互相学习，共同提高的文化氛围。

在南海海洋生物技术国家工程技术研究中心，与学生们在一起学习和科研，讨论问题，帮助学生们规划自己的人生方向已成为了王佳琪最快乐的一件事情。在追寻梦想的路途中,他坚定地选择了教师这一职业实现自身的梦想。“学为人师，行为世范”已成为王佳琪的行为准则和人生信条。