创造超材料 驾驭电磁波改变世界

深圳光启高等理工研究院（以下简称“光启理工院”）院长刘若鹏不久前刚刚过了30 岁生日，长着一张娃娃脸的他看上去像刚刚本科毕业的大学生。不过，当他拿起手边一幅可以折叠为笔记本大小的“江南水乡风景画”，游刃有余地介绍起这其实是一个用超材料（metamaterials）制造的超级便携式卫星天线时，听众会不由自主地忘记他的年龄。

“毋庸置疑，超材料技术的引入将彻底颠覆传统的卫星天线，让笨重的铁锅毫无存在的空间，”刘若鹏说，“一年多前，我们将它安装到了军用飞机上；目前我们的超材料卫星天线已经在全国22 个省份得到安装试用，包括中国最北边的漠河村边防哨所。”80后出生的刘若鹏眉宇间的自信不容置疑。

千万不要小瞧这个不起眼的平板卫星天线，它是全球前沿的超材料技术进入商业化应用的起点。今年7 月，美国专注于超材料卫星天线商业化应用的高科技公司凯米塔（Kymeta）宣布获得5,000 万美元的C 轮融资，用于超材料卫星天线产品的商业化发展。这一事件因在美国作为超材料技术商业化的标志，并因该公司此前得到比尔· 盖茨的早期投资而成为媒体报道的焦点。甚至有媒体提出：凯米塔将成为比尔· 盖茨的下一家10 亿美元的公司。而事实上，凯米塔管理层表示，到2015 年公司才可能开始销售相关卫星天线产品。

“在超材料技术的商业化方面，我们的确领先于全球！”刘若鹏颇为自豪地说。成立于2010 年7月的光启理工院专注于超材料技术（Meta-RF）的研发和产业化发展。据他透露，2013 年光启产业化公司总收入将超过2 亿元人民币（不包括对产业链下游的投资性收入）。智慧社区、无线互联、航空航天三大领域是光启营业收入的主要来源。

超材料是与电磁波密切相关的新兴技术材料，是调控电磁波的手段之一。电磁波在我们生活的世界里无处不在。从物理学角度来看，温度高于绝对零度的物体都会产生电磁波，而世界上不存在温度等于或低于绝对零度的物体。从低频到高频分类，电磁波包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X- 射线和伽马射线等等。

之所以称为超材料，是因为自然界中并不存在这种材料。它是通过人工对于某些复合材料的微结构设计，使材料具备了超出自然材的某些电磁波响应特性，比如对电磁波的负折射率。科幻小说中的“隐身衣”便被视为未来超材料应用的极致案例。其隐身的奥秘在于，“隐身衣”的微结构可以让可见光“转向”，从而绕过它传播，而当人眼接收不尖端技术商业化电磁波负折射传播示意图。到可见光到达物体表面后产生的反射光时，物体就“隐身”了。

早在上世纪60年代，前苏联科学家便做出假想，渴望能够制造出“超越自然”的负折射率材料。然而，这一理论由于过于脱离实际而在此后的30 多年时间里无人问津。与以往新材料通过提取或者复合的宏观化学或物理的发展方式不同，超材料的设计从底层微观开始。“这有点类似于传统的手工织布，一点点将微结构搭建起来，直到最终形成整体，”刘若鹏解释说，“超材料是一个跨学科的科学，它的发展直接取决于两点：一是对超材料结构的设计需要大规模计算和仿真的能力，这一点在很大程度上依赖于计算机的发展；二是微结构加工的工艺手段，这对超材料的产业化极其重要。”

超材料科学是一个相当年轻的学科，从诞生至今只有10 多年的发展历史。2000 年，美国杜克大学史密斯（David Smith）教授首次在实验室做出负折射率材料，他以“超材料”命名，并在《科学》杂志发表论文，由此宣告了超材料极其学科的诞生，而史密斯教授也因此成为超材料科学的创始人之一。

2006 年本科毕业后，刘若鹏获得美国杜克大学电子与计算机工程系的全额奖学金，并赴美攻读博士学位，而他选定的导师正是在超材料领域赫赫有名的学科创始人史密斯教授。在杜克研究超材料的过程中，刘若鹏认识了此后与他回国共同创业的4位伙伴张洋洋、赵治亚、季春霖和栾琳。5 人中的3 人此后取得杜克大学博士，张洋洋和季春霖分别是牛津大学博士和哈佛大学博士后。

“超材料是一个多学科交叉的复杂学科，我们在研发过程中常常会展开跨专业、跨学校的合作，而我们5 人的搭配对于超材料科学来说相当精益，每个人都有各自擅长的领域——我擅长材料、洋洋擅长系统、治亚擅长工艺、春霖擅长计算、栾琳擅长光电子通信。”刘若鹏称。对他来说，搞这样的合作早已驾轻就熟，在中学期间他就经常自己拉队伍参加物理竞赛。而正是这样的团队合作让刘若鹏等人在此后取得了超材料研究方面重大学术突破。

2009年1月，刘若鹏和季春霖作为第一作者在《科学》杂志上发表了一篇关于新型超材料宽频带隐身衣的论文，成为超材料科学发展史中的一个里程碑。刘若鹏及团队成员做出了一块类似黄色搓衣板的复合材料，该材料能够在无线电波和微波下成功“隐身”。业界泰斗史密斯教授在成果发布后接受媒体采访时表示：“这一成果与此前的成果相比就像白天与黑夜一样具有颠覆性意义，它让隐身材料对于电磁波响应的频宽向红外线和可见光迈进了一大步。”他还认为，这一成果的诞生将推动很多商业应用的产生。

对于刘若鹏的5 人团队来说，这一学术成果更为重要的意义在于为他们回国创业找到了支撑。“我们在正式回国一年多前就已经开始筹划创业的事情了。超材料强调的是根据需求调节电磁波的逆向设计思维，隐身衣仅能成为学术的里程碑，而我们要把学术成果转化为商业价值。”刘若鹏如此宣称。2008 年底，刘若鹏和张洋洋率先回国考察，张洋洋参观了苏州的创业精英大赛。“那时国内对于吸引海外人才回国创业的支持力度很大，我们颇受鼓舞。”张洋洋回忆说。他们走遍了中国大部分可能创业的地方，不过最终他们选定了深圳。
“深圳对于我们这群初生牛犊的年轻创业者的包容性更强。这里的投资者心态很开放，他们愿意为仅有一些希望的项目做尝试，这一点与美国很像——我们在这里找到了硅谷的感觉，”刘若鹏说，“而且这里孕育了腾迅、华为这样一些有世界影响力的企业，创业氛围很好；当然，这里还是我长大的地方。”2009 年7 月，深圳科学技术委员会专门为刘若鹏的团队项目举行了包括学术界、投资界和企业界人士的专家评审。评审顺利通过，而在评审中，刘若鹏遇到了松和资本董事长厉伟。厉伟当场决定，投资刘若鹏团队1,000 万元。

在深圳科委的引荐下，刘若鹏团队见到了另外两位天使投资人，深圳清华大学研究院院长冯冠平和迈瑞医疗董事长徐航。研究材料科学的冯冠平刚开始听说项目时还颇为怀疑，但在与刘若鹏团队见面深入了解后，认为项目很有价值，于是也决定投资1,000 万元。

徐航是三位早期投资人中企业家的代表。“我从没把对光启的投资看作是一项投资，”徐航对《福布斯》中文版表示，“当时看到（刘）若鹏的团队很有朝气，听说他们在《科学》杂志上发表过文章，我就毫不犹豫地决定投了。我对他们说，如果能做出商业化的成果当然很好，如果做不出，把中国在超材料领域的研究做到世界领先也很不错。我当时的想法是，说不定能支持个‘钱学森’出来。当时投资的唯一条件是，他们必须回国创业。现在看来，他们的发展远远超越了我的期望。”

2010 年7 月，在取得博士学位后，刘若鹏团队回国，正式成立光启理工院。由于超材料在中国还是全新的行业，光启的商业和发展模式也完全不同于其他企业。光启理工院作为民营研究院，兼具企业化的科研院所与科研化企业的双重特征。在成立之初，光启获得了3,000 万元的风险投资，随后获得了广东省、深圳市政府一些列人才引进的科研专项经费资助，并提供相应办公地点和实验设备购买补贴。研究院成立后，在研究院的运营模式上，采用理事会领导下的院长负责制。

光启理工院成立之初，刘若鹏将工作的重心放在了三个层面：一是广泛吸引超材料领域的全球人才；二是通过大量申请超材料技术相关的专利，构筑企业未来发展的技术壁垒；三是努力将实验室成果转化为可以商用的产品推向市场。

“光启成立后，我们便将自己的定位明确为超材料技术，而非仅仅是超材料本身。一切与驾驭电磁波相关的技术都可以被称为超材料技术，而超材料仅仅是驾驭电磁波的手段之一。”刘若鹏解释说。超材料技术在全球是一个新兴的领域，其中有大量的底层专利可以申请。“通过专利申请，我们一方面可以构筑自己在知识产权领域长久的竞争力，另一方面这些专利还可以转化为企业宝贵的无形资产。”在这方面，他把高通的模式作为光启的榜样。目前，光启在超材料技术方面的专利数量已经达到2,000 多项，其中大部分是发明专利。

在超材料实验室产品变为市场可接受的商业产品方面，刘若鹏更加不遗余力。2010 年12 月，光启的超大规模可拼装天线问世。一年后，光启推出文章开头提及的全球首款超材料平板卫星天线。“我们是做超材料技术的企业，但我们唯一不卖的就是材料，我们卖设备和解决方案。”

相比于传统锅式天线，光启的超材料天线的优势体现为高通信性能、更轻薄，而且在户外安装可以抗击各种恶劣气候。此时，中国广电总局正在做一个卫星电视的“村村通、户户通”工程。一位参观了光启理工院的广电总局领导对光启的平板卫星天线印象深刻，他提议光启将天线安装到北京远郊怀柔山区。

对于刘若鹏来说，这种刚刚问世不久的超材料天线要走向市场最大障碍在于高昂的成本。“坦率说，那时我们还没有完全做好商业化准备，一个天线的平均成本要2 万-3 万元，比‘铁锅’贵得多。”然而，刘若鹏又不愿意放弃这个难得的试水市场的机会。“我们硬着头皮接下了项目，”刘若鹏回忆说，“2012 年春节前夕，我们那些全球顶尖大学的工程师，顶着摄氏零下15 度的严寒，去怀柔山区给农户安装卫星天线。记得途中还发生了塌方，我们差点翻车。”这个80 后的创业者至今还保留着在怀柔安装卫星天线过程中的照片。

虽然，怀柔卫星天线的项目让光启严重亏损，但却让刘若鹏看清了市场的需求和机会。项目完成后，他开始召集研发力量和工艺工程师，讨论降低成本的一切可能。“我们只有把成本降到当初的1/100才有市场竞争力，最终我们做到了！”刘若鹏说。

与市场首次亲密接触的刘若鹏从怀柔卫星天线安装项目中得到的另一个启发是：超材料技术应用的市场广阔，但作为新技术，必须与高附加值的应用结合，避免与低附加值产品直接竞争。对于超材料技术来说，最尖端、最高附加值的应用在于尖端装备领域。

“在美国，很多尖端技术最开始的应用都源自国防军工。无论是洛克希德马丁（Lockheed Martin），还是波音公司，他们都是同时兼顾军工和民用市场，中国军方也在越来越多地向民营企业开放。”在航空航天领域，光启的超材料技术被应用于尖端装备的制造。如今， 尖端技术应用领域也已经成为光启重要的收入来源之一。

智慧社区是光启看中的另一大与“驾驭电磁波”相关的市场。中国的楼宇信息化才刚刚开始，而超材料技术应用于智能社区，可以保证同一社区中，数十万人同时安全、快速地接入Wi-Fi 网络；另外，利用对可见光的控制，光启还开发出一套光子网的设备和系统。智慧社区成员只要下载一个手机应用软件，就可以利用手机闪光灯实现在社区中的安全门禁验证、虚拟银行，乃至未来的物联网等功能。“目前，我们正在与合作伙伴淘淘谷合作，为深圳软件园、上海临港集团等大型园区提供智慧社区的解决方案。”光启常务副院长张洋洋说。

在无线互联领域，光启将超材料技术嵌入到了网络解决方案中。他们已经与爱立信公司总部达成战略合作，共同开发将应用于爱立信新型移动通信基站产品中的“Meta-RF 小型化高功率滤波器”。此外，他们还将超材料无线局域网解决方案应用到了地铁。“不久的将来，深圳、上海、北京等主要城市的地铁站和列车车厢内，用户就可以实现高速无线上网。”

“为了在最短的时间内，推动整个超材料产业的发展，我们必须采用不一样的发展模式。”刘若鹏解释说。经过3 年时间的发展，光启将自己的业务架构定位于三层：最顶层是以研究院为核心实体的光启品牌；第二层是专注于超材料尖端技术（主要是航空航天）和智慧技术（民用技术）、覆盖不同业务领域的各类光启子公司；第三层则是光启以资本、股权和联盟关系为纽带，发展的应用产业群。“光启将专注于核心技术和设备、解决方案提供；第三层公司都是光启的合作伙伴，它们都不用光启的品牌，但却与光启关系密切，我们与他们是协同创新、开放式创新的关系。”

为了解决超材料产业化过程中的融资问题，光启还与懂得资本运作的投资者募集了超材料产业基金，第一只基金总规模20 亿元，已经开始运作。光启随后还计划继续与业界的合作伙伴共同建立规模更为庞大的产业基金，用于与一些行业领导者的合作。“在未来光启的商业模式中，来自第三层公司的投资收益可能会超过我们的成本收益。”

2012 年，光启的产业化公司完成了第二轮5,500 万人民币的融资。今年，光启旗下的公司还将进一步融资。目前，光启已经拥有全球首个超材料中试基地，明年位于深圳宝安的生产基地将投入使用。仅仅3 年间，光启团队在政府支持下便完成了超材料产业从无到有，从实验室产品到产业化的布局。

“我们的目标是做尖端、创新的超材料技术平台的领导者——利用驾驭电磁波的技术改变世界，”刘若鹏毫不犹豫地说，“正如我们所做的超材料——这是一场不切实际的创新计划，我们正在发动一场创新的革命。”