“智能结构动力学与控制研究中心是一个智能材料、先进控制与结构力学三学科交叉的研究中心。”毛教授说，“随着精密控制和精密制造的发展，光机电系统的高精度要求往往归结为对振动控制的精密要求。借助采用智能材料和先进控制方法构成的智能结构对微振动进行主动控制的方法便应运而生。这是近二十年发展起来的处于控制、材料和结构力学三学科交叉前沿的研究方向。”

　　一个新的学科交叉点和创新团队的形成

　　1994年，毛剑琴教授在一次国际学术会上了解到，有一种基于巨磁致伸缩材料的作动器，能控制大载荷低频率的微振动，精度可达微米级。直觉告诉她，这将会在航空航天中有广泛应用。在杨嘉墀先生的鼓励和支持下，毛剑琴教授的课题组对该智能结构的控制进行了立题和调研，很快发现，这一控制对象是一类率相关迟滞非线性系统，有关的建模与控制理论与技术，均属控制领域的难点和热点。

　　材料是该研究的基础。毛教授首先找到了北航材料科学与工程学院，欣喜地发现，当时的一个研究方向正是处于材料学科前沿的巨磁致伸缩智能材料的研制，已引进了我国自己培养的优秀人才蒋成保博士，并配套了所需的先进设备。

　　为了了解振动控制的现状，毛教授又找到了动力学院，了解到在飞行条件下低频、微幅的振动普遍存在，而这种低频、微幅的振动往往是“致命”的。传统的被动隔振的方法对此已无能为力。而采用智能结构进行振动主动控制，是当前机械与振动力学领域的前沿研究方向之一。法国归来的李琳博士和朱梓根教授的研究小组正在致力于这方面研究。

　　1999年秋，北航科研处领导将三个学科的有关博导召集到一起，讨论有关基金立项和申请工作，很快形成了一个由控制、材料和机械与振动三个学科交叉的研究组。这个研究组包括六名博导、十多名研究生和数名博士后。由于学科互补，每次学术讨论内容丰富，学术思维活跃。这个团队倡导真正的学术民主，教师和学生互相学习，互相启发，为学术创新提供了良好的环境；这个团队倡导将科学创新放在“功、利”之先。三个学科分别属于三个学院，但大家从来没有为经费或排名红过脸，而是将全部精力集中于如何将研究工作的水平提高到国内外的先进水平；这个团队倡导“唯真、求实”，一方面鼓励学术上的各种新思想、新方法，另一方面又强调一切新的原理和方法必须有实验的验证，通过实验，不断修正所提出的设计和方法。实验—理论—实验不断迭代，是一条不变的技术路线。

　　回顾八年来走过的路，毛教授总结：要形成一个交叉学科的创新团队，最主要的是两点：一是题目，二是人才。只有选择处于交叉学科前沿、且只有通过各学科互补才能创新的题目，才能将不同学科凝聚起来；而具有对科学研究有相同价值观的人，才能凝聚在一起形成创新的团队。她感慨地说：“我们这个研究组是各级领导关怀下学科交叉的一块试验田。”

　　由于这三个交叉学科均属国家一级学科或重点学科，综合优势使这个研究组具有相当强的竞争力，现已获得和申请的专利有七项；软件注册二项；在国内外有影响的刊物和会议上发表论文60余篇（其中1/4被SCI检索，1/3被EI检索）；培养博士、硕士生20余名，其中一名获国际学术会议优秀论文奖、4名获得北航优秀论文奖，1名为优秀毕业生。其间蒋成保教授被评为教育部新世纪优秀人才。

　　毛教授说，“现代科技发展的趋势之一是学科交叉，特别是面向国防或经济建设的题目，往往是以任务为背景的，故不可避免地要求各学科互相交叉、互相支持，共同解决一个具体的工程问题。交叉学科成了很多基础学科发展的生长点。诸如物理学、化学、生物学、光学、力学等之间的交叉，已经并正在形成和发展了一批新兴学科，大大推动了基础科学的发展。在赶超国际先进研究水平之时，交叉学科的发展是一个不容忽视的问题。”毛教授举例说，“借助智能控制技术和智能材料对结构的微位移和微振动进行机电一体化主动控制，便是上世纪90年代以来兴起的一个崭新的交叉学科前沿的研究方向，处于先进控制、新材料及结构振动控制等学科的交叉领域。特别值得提出的是，从材料、作动器到结构和控制系统在一个大学里完成，这在国内外均属罕见。”

　　“除了走自主创新的道路，别无选择”

　　研究组成立后争取到的第一个课题，是一个基础研究项目。研究的主要内容，是采用巨磁致伸缩智能结构对低频、微幅的振动进行主动控制。毛教授将这类智能结构做了一个形象的比喻：智能作动器像是人体的骨头和肌肉，而智能结构像是人体的构架和关节，智能结构的控制系统则是像人体的神经系统。三个学科有机结合，实现了对振动的智能化主动控制。毛教授介绍说：“人们对磁致伸缩现象早已熟识，但由于其伸缩量有限，故一直未被应用。直到上世纪70年代中，美国一些科学家发现了巨磁致伸缩材料后才成为研究热点。先进国家已将这类智能结构用于航空、航天、精密制造等国防和国民生产中，取得了良好效益。然而此类材料和技术对我国属‘禁止’之列。这类材料的主要成分是稀土，我国是世界上稀土产量第一的大国，具备了发展这类材料的极好的天然条件。然而我国目前有关研究还处于起步阶段，与先进国家比有相当差距。”

　　研究组的教授和研究生顿时感到自己在从事一项有历史使命感的工作。“除了走自主创新的道路，别无选择。”毛教授说。在日以继夜的努力下，材料学科研制出了具有自主产权的巨磁致伸缩材料和作动器，达到了国际先进水平；具有自主产权的智能结构的实时振动主动控制系统设计和研制成功；具有自主产权多自由度的智能结构及柔性铰设计和研制成功；多自由度智能结构对低频、微幅振动的主动控制达到了国际先进水平。2005年1月鉴定时，杨嘉墀院士和鉴定组一致认为：“该成果总体上达到了国内领先和国际先进的水平。”

　　八年来，研究组相继得到了国家自然科学基金重点项目二项，“973”、“863”等项目八项，以及“211”和“985”等学科建设项目。毛教授说：“由于研究组成员行政上分属北航不同院系，科研项目便成了把大家联系在一起的纽带。而项目则体现了国家对该领域基础研究和应用基础研究的需求。这也是研究组生存和发展的生命力之所在。”

　　学术民主是集体创新的必要条件

　　第一次做多自由度智能结构振动主动控制的集成实验时，研究组发现没有出现设计时预期的减振效果，而各部分单独实验的结果又都是对的。这是什么原因呢？大家决定“攻关”。所谓“攻关”，就是三个学科的老师和学生集中一段时间，共同思考和解决一个难题。在这期间，随时开现场会研究。开会时，教授和研究生在学术上完全平等，思想十分活跃，有想法就可以在黑板上给大家讲，听的人可以充分提问。在这样的气氛中，经过三周左右的时间，终于找到了问题的关键：原来，大家一直相信一篇权威杂志上的论文中关于传感器分布的方案，可是经过再三思考，大家决定对该方案说“不”。最后，研究组以一个研究生的建议为主，提出了新的传感器分布方案，立即重新加工、装配，再实验时，一个满意的减振效果出现在示波器上。同时，一个具有自主产权的发明专利申请也诞生了。大家的脸上泛出了微笑，几周来的紧张和疲劳顿时消除了。

　　毛教授说：“由于学科不同，大家在一起讨论时，每个人都有听得懂的，也都有部分听不懂的。经过互相学习互相启发，受益匪浅，渐渐地研究组习惯了‘攻关’这种工作方式，而学术上的民主也成为研究组的一种学风。”她说，“对一个要解决的问题做充分调研后，要对那些已有的工作甚至一些权威的结论做再思考、再认识、再研究，而不要被其所约束；对那些前人未曾做过的工作，要充分发挥想象力，在各种可能的解中比较出较优的可行解。所以‘敢想’是首位，而脚踏实地的‘敢干’则是最终解决问题必不可少的。对于集体创新来说，学术民主是保证每个成员‘敢想’、‘敢干’的必要条件。”

　　理论研究与实验研究结合使创新充满活力

　　研究组里大家熟悉的一句话是：“新的不一定都是好的，只有实验验证有效的才是好的。”柔性铰是这类机电一体化智能结构的关键部件，就像人体的关节一样，而这也是目前机械学科的一个难点和热点。李琳教授带着研究生，先后设计了不下五种柔性铰，虽然每种都经过严格的力学设计和计算，都预计会有好效果，但实验效果却相差甚远。在淘汰了第一种、第二种和第三种柔性铰后，经过几次“攻关”，很快又设计和研制了第四种、第五种柔性铰。日以继夜地加班、实验，终于选定了一种可以使减振效果达到先进水平的柔性铰。研究组的成员也都上了一堂“唯真、求实”精神的现场课。

　　有时候几种方案相持不下，大家会同时说：“先做实验再说。”在实验结果面前，人人心服口服。为了达到更好的减振效果，材料学院研制的超磁致伸缩作动器从第一代更新到第二代直到第三代；从实用新型专利上升到发明专利。同样，智能结构控制系统也从第一代上升到第二代及第三代，随之而来的是对率相关迟滞非线性系统的建模和控制精度越来越高，设备的小型化程度越来越好，发明专利申请越来越多。而这一切都是在实验—理论—实验循环往复螺旋式上升的认识过程中完成的。学科交叉的结果，不仅促成了交叉学科领域的一批创新成果，同时也推动各学科有关领域的创新和发展。而实验则是检验创新成果的重要手段。

　　应用研究与基础研究结合使创新开花结果

　　“基础研究的目的有两类，一类是为认识世界提供依据，另一类则是为改造世界提供理论和方法，最终是为了应用。”毛教授说，“我们这类研究的归宿，是将研究成果应用到航空、航天和国民经济发展中；所以基础研究必须与应用研究紧密结合。”

　　由于这一研究领域的特殊国际背景及我国的现状，在这类智能结构的应用研究方面，估计我国落后于先进国家10多年，所以研究组的成员都很明确，国家的需求就是他们的奋斗目标，哪怕是成果能用上一点，就能体现研究的价值。

　　蒋成保教授经常对应用单位说的一句话是：“只要你们用，哪怕是不给经费，我们也愿意干。”根据需求研制的第一部样机经过努力终于成功了，而且在某国家项目的试验中得到成功应用，但用户是按国内外先进指标提出的要求，所以第一代样机与预期效果还有差距，研究组成员经过多次“攻关”，最后一代样机在验收时达到了预期指标，用户满意地笑了。

　　毛剑琴教授告诉我们，为了进一步完善学科交叉环境，培养优秀的复合型人才，将研究成果转化为生产力，在各有关方面和“985”学科建设项目等支持下，北京航空航天大学于2003年成立了智能结构动力学与控制研究中心，通过这一产学研基地，进一步开展了国内外的学术交流，促进了成果转化，目前该领域的研究方兴未艾。

　　交叉学科已成为很多基础学科发展的生长点。诸如物理学、化学、生物学、光学、力学等之间的交叉，已经并正在形成和发展了一批新兴学科，大大推动了基础科学的发展。在赶超国际先进研究水平之时，交叉学科的发展是一个不容忽视的问题———

    ■专家观点

　　中国科学院科技政策与管理科学研究所樊春良认为，学科交叉研究是科学上产生重大发现的重要途径。科学发展的历史表明，科学上的重大突破、新的增长点乃至新学科的产生常常是由不同学科的彼此交叉、相互渗透而产生的。学科交叉、融合已成为当代科学发展主要特点之一，当代重大的科学问题往往很难归为单一的学科，多数是交叉性的，解决这样的问题需要多学科协同、交叉的能力体现着科学的总体水平。在这种形势下，世界各国的政府和资助机构、科学学会和大学都把资助学科交叉研究放在一个重要的战略位置。