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【紅網】筑基強源,打開科技創新“總開關” ——湖南基礎研究平臺厚積薄發

2020-09-16 13:47   來源:發明與創新雜志   作者:雷蕾 張思瑾 顧興晨   點擊:

一條新品種的魚“游”上餐桌需要多長時間?

一輛汽車減重10%后,百公里油耗能降低多少?

一棟超高層大型建筑突遇火災,消防員能使用什么樣的消防車救援?

一位患有癌癥的病人做化療后飽受副作用折磨,有什么方法能夠減輕副作用,縮短治療周期?

這些問題的答案在我省的重點實驗室里都能找到。

回溯歷史,湖南省第一家國家重點實驗室——粉末冶金國家重點實驗室于1989年批準建設,1995年正式運行。30余年來,作為基礎研究支撐平臺,我省的重點實驗室在推動重大科學研究、夯實原始創新能力、解決國家重大需求方面發揮了重要作用。

“基礎研究是科技創新的‘總開關’?!痹诮衲耆珖鴥蓵暗膰罗k發布會上,科技部部長王志剛一言以蔽之。為了打開科技創新的“總開關”,激發更強的創新“爆發力”,湖南基礎研究平臺建設力度不斷加大。10年前,湖南省級以上重點實驗室僅有77家,而截至目前,我省正在運行的湖南省重點實驗室達329家,其中國家級重點實驗室達19家。數字的成倍增長,體現了湖南原始創新能力和關鍵技術領域研發能力的增強,更體現了支撐創新引領開放崛起的源頭供給能力的不斷躍升。

展實力:“一”往無前結“新”果

“湖南大學成為首個獲得‘Altair Enlighten Award’獎的國內高校!”8月29日,湖南大學汽車車身先進設計制造國家重點實驗室(下稱“汽車車身國家重點實驗室”)主任徐世偉教授發布了一條朋友圈信息,稱其設計研發的“低成本耐腐蝕性鍛造鎂合金輪轂”獲得了在汽車行業頗具權威的車輛輕量化創新技術專業獎項,并“曬出”了獲獎證書和歷屆獲獎機構的圖片,“湖南大學”幾個漢字在眾多的英文標志中十分醒目。

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由汽車車身先進設計制造國家重點實驗室開發的多款符合中國人體特征的碰撞測試假人。

汽車輕量化,顧名思義,就是讓汽車變得更輕便?!皽p肥”后的汽車優點很多,比如慣性更小,其加速性能、制動性能及操控性能均會有所提升;在其他條件不變的情況下,車輛的油耗和碳排放也會隨著質量減少而減少;能滿足新能源汽車、智能網聯汽車高水平發展的需要等??梢哉f,汽車輕量化已成為我國汽車產業發展的必然趨勢。

在汽車行業,常有“簧下一公斤,簧上十公斤”的說法,而要減輕簧下質量,簡單的方法便是換一套輕量化輪轂?!皩嶒炇已邪l的鎂合金輪轂僅重7.7公斤,比同規格的鋁合金輪轂減重26%?!毙焓纻ソ榻B,該產品目前已通過了300萬次徑向疲勞測試、87萬次彎曲疲勞測試以及沖擊測試?!靶炖蠋?018年就把自己汽車的輪轂換了,百公里油耗從10.8L左右下降到了7.6L?!?汽車車身國家重點實驗室的李彬博士介紹,產品的耐腐蝕性同樣有保障,“經過中性鹽霧試驗,產品的腐蝕速率僅為0.2649mm/y,大大低于1.2mm/y的課題指標?!?/p>

實際上,在汽車車身國家重點實驗室里,輕量化鎂合金的制備加工、零部件設計開發及推廣應用早已多點開花、碩果累累。

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由汽車車身先進設計制造國家重點實驗室自主研制的國際首臺自適應激光焊接機。

如已應用于吉利SUV(運動型多用途汽車)的鎂合金儀表板骨架是國內第一個設計、制造、檢測全國產化的汽車零部件,它僅重4.3公斤,比原始鋼制件減重50%以上;獲得首屆“中國汽車輕量化設計獎”一等獎的新能源汽車高速電機用高扭矩輸出鎂合金減速器殼體,重量僅為8.9公斤,相比原有鋁合金殼體減重25%,且減震降噪效果顯著;鋁鎂合金座椅骨架總重16公斤,比鋼制座椅骨架總成減重4.4公斤等。此外,5G基站信號塔散熱片,高鐵座椅骨架、轉向架,輪椅、拐杖等老年人專用產品,折疊床等戶外產品身上處處皆“鎂”。

“我啊,業內人稱‘鎂’人!”東北漢子徐世偉說起自己的業內名號時哈哈一笑,而從這個稱呼里,也可以看出他在鎂合金材料領域的深耕和鉆研,“在輕量化耐腐蝕鎂合金及其零部件設計應用技術上,我們可以稱得上國際領先?!?/p>

十年磨一劍。自2010年開始運行的汽車車身國家重點實驗室的雄厚實力不止于此。徐世偉將實驗室的優勢概括成了六個“一”:是國內唯一進行車身設計制造應用基礎理論研究與關鍵技術開發,且具有工業設計、工程設計和制造工藝綜合研發能力的國家級實驗室;是唯一可以進行整車設計制造的國家級實驗室;在國際上首次構建了中國汽車品牌基因和進化譜;在國內首次開發了車身結構減材、等材、增材制造的復合加工設備;開發了全球第一個汽車碰撞試驗中國人體假人;組建了中國大陸第一支大學生方程式賽車隊。

“第一”不是吹出來的。每個“一”背后都有實實在在的成果作為支撐。在車身結構設計上,成果方法應用于國內100余款車型,為80多家汽車企業提供沖壓工藝、模具設計以及各種新材料零部件開發,成果支撐開發的五菱系列車型在全國MPV(多用途汽車)銷量中排名第一。在汽車造型能力方面屢獲殊榮,包括連續三年獲得中國汽車設計大賽最佳院校,2018年上汽設計國際挑戰賽總冠軍,2019年ICCG汽車設計大賽總冠軍等。聯合大族激光開發了國內首臺激光增減材復合制造裝備,首次完全自主研發出三維五軸聯動激光加工機床,“中厚板及難焊材料激光焊接與復雜曲面曲線激光切割技術與裝備”獲 2019年度國家科技進步獎二等獎。打破國外壟斷,完成了十余款符合中國人體特征的碰撞測試假人,已在國內外70多家單位得到應用……

粉末冶金國家重點實驗室于1995年正式運行.jpg

1995年起正式運行的粉末冶金國家重點實驗室。

放眼全省重點實驗室,汽車車身國家重點實驗室只是其中一個代表。多年來,我省重點實驗室在前沿基礎研究和應用基礎研究領域取得多項重要成果。雜交水稻國家重點實驗室主任鄧啟云育成我國最大兩系不育系Y58S,超級雜交稻品種連續突破單產世界紀錄且推廣面積持續居全國雜交水稻前列。粉末冶金國家重點實驗室發明的新型結構鎢合金和硬質合金應用于十余項型號工程,解決了先進制造和資源開采關鍵材料問題。深海礦產資源開發利用技術國家重點實驗室開發的高壓水射流金屬表面清理成套技術裝備攻克了世界上鋼鐵行業無酸除鱗技術難題。省部共建淡水魚類發育生物學國家重點實驗室攻克了種間生殖隔離難關,探索出魚類遠緣雜交的主要遺傳和繁殖規律;建立了一步法和多步法魚類雜交關鍵育種技術;創建了一批源于遠緣雜交的四倍體和二倍體魚可育品系和優良魚類;首次證明鯉-鯽-金魚雜交演化途徑;研制了一系列具有生長快、抗病能力強、肉質好、外形美觀等優點的優良魚類。建設機械關鍵技術國家重點實驗室核心技術成果,支撐了世界最長101米泵車、世界最高113米登高平臺消防車等一系列標志性產品的研發……僅2019年,我省重點實驗室就主持和承擔各類在研課題8508項,其中國家級課題3931項;獲得省部級以上獎勵共268項,其中國家級獎勵12項。比如新型功率半導體器件國家重點實驗室“高壓大電流IGBT芯片關鍵技術及應用”項目技術成果獲國家技術發明獎二等獎,視覺感知與人工智能湖南省重點實驗室“多模圖像結構化稀疏表示與融合理論方法研究”獲國家自然科學獎二等獎。

守初心:遠離浮華甘堅守

“唯一”“第一”“國際領先”“打破壟斷”……重點實驗室的這些“絕對競爭力”從何而來?

走進這些實驗室,走近那些默默堅守、努力奮斗的科研人,這個問題同樣能得到答案。

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省部共建淡水魚類發育生物學國家重點實驗室育種基地。

8月下旬的一天,湖南師范大學省部共建淡水魚類發育生物學國家重點實驗室(下稱“淡水魚國家重點實驗室”)育種基地內,吳昌博士和胡方舟博士正給自己的“魚孩子”們喂食?!懊刻煸缟掀饋硐任刽~,再接著去洗漱吃早餐。下午也是一樣,魚先吃飽了我們再去吃?!眳遣f,他們早已形成了“以魚為先”的生活方式,“這也是受劉老師的影響,每年的3到6月,劉老師早上五六點就會到基地來,觀察魚類的產卵情況?!?/p>

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劉少軍院士在觀察魚苗。

吳昌口中的劉老師,就是淡水魚國家重點實驗室主任、中國工程院院士劉少軍。這位自稱“漁夫”的院士用30余年的觀察、思考、實驗和應用,一點點敲開了世界同行對魚類遠緣雜交不可育的認識堅冰。

20世紀80年代后期,劉少軍就已著手研究魚類遠緣雜交和染色體倍性操作。因為生殖隔離的存在,自然界中,除非極端環境下,一般兩個不同物種的魚類不會自然雜交。因此只能創造特殊環境,讓它們交配。在如此低概率的情況下,一年能做一兩個魚類遠緣雜交組合就很不容易了。

于是,每到魚類產卵季節,劉少軍及其團隊成員的作息就開始跟著魚走,一次次從成百上千條雜交魚里收集珍貴的精液、卵子,小心翼翼地放進培養皿里守候奇跡出現。

這些雜交后代中,每代至少需1年才能性成熟,有的需要2年甚至4年及以上才能性成熟,性成熟后研究才能接著做下去。而且,魚類遠緣雜交后代中可育的雌性和雄性個體數目非常少,即使是可育的后代,一般其精液和卵子質量也非常差,從數以千計中能找出幾十條就很幸運了。這就要靠研究者精心設計、耐心收集、積少成多來做實驗了。

就這樣,一步一步,劉少軍及其團隊在近30年的時間內做了37個雜交組合,其中30個組合能夠形成存活后代。也因此,他們才能夠揭示出遠緣雜交的相關遺傳和繁殖規律,為在國際上首次建立起適合于魚類遠緣雜交和近緣雜交的一步法育種技術和多步法育種共性技術等奠定重要的基礎。

“實驗室獲得了三項國家科技進步獎二等獎,分別是2003年度的‘異源四倍體鯽鯉魚和三倍體湘云鯽(鯉)研究’、2011年度的‘新型和改良多倍體魚研究及應用’、2018年度的‘淡水魚類遠緣雜交關鍵技術及應用’,這三項研究脈絡清晰地體現了兩代院士在遠緣雜交領域的系統化研究?!钡~國家重點實驗室常務副主任趙霆雷教授介紹,劉少軍的父親劉筠院士主持的“異源四倍體鯽鯉魚和三倍體湘云鯽(鯉)研究”在世界上首次研制出雌雄兩性能育、遺傳性狀穩定的異源四倍體鯽鯉群體,解決了遠緣雜交“有沒有”的問題,其后的研究則從個體轉向了系統化、規律化?!懊扛羝甙四瓴拍艹鲆淮纬晒?,沒有持之以恒的堅守、把冷板凳坐熱的決心是做不到的?!?/p>

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用一步法育種技術研制的合方鯽。

如今,越來越多的優質魚類從實驗室“游”上了老百姓的餐桌。2017年獲得國家級水產新品種證書的合方鯽,已在多省市推廣養殖;雜交翹嘴魴既保留了母本團頭魴草食性的優良特性,肉質中又體現了父本翹嘴紅鲌肉質的風味,在相同養殖條件下,雜交翹嘴魴比團頭魴和翹嘴紅鲌增產20%以上。2016年至2018年,實驗室研制了湘云鯽2號、合方鯽、雜交翹嘴魴、鳊鲴雜交魚、雜交鳊、雜交鲌、新型三倍體鯉等一批優質魚類,其中4種優質魚類獲得國家級水產新品種證書。

“劉老師常說,科學規律是從一個一個實驗數據的積累和歸納分析中得出的,教科書上沒有可借鑒的例子?!钡~國家重點實驗室副教授陶敏形容劉少軍練就了“火眼金睛”,“有一次,我們培育的新品種魚開始吃草了,就是他第一時間發現并提醒我們?!?/p>

“他改起我們的論文,英文表述、中文語法、錯別字、標點,一點問題都不放過?!眲⑸佘妼Υ蒲械膰乐斪屘彰艟磁宀灰?,“不管是不是他帶的學生,只要有問題,他都會耐心解答,點撥他們明晰方向?!?/p>

恒心、細心、耐心,這是榜樣的品格,也是團隊前行的支撐。淡水魚國家重點實驗室成員有一個微信群,群名叫“fish family”,在這個大家庭里,很多人的微信頭像都是實驗室培育的魚?!皩嶒炇业哪贻p人很拼?!壁w霆雷說,“別說周末,就是逢年過節,實驗室里也不缺人,他們閑不住,總要關心自己的魚?!?/p>

基礎研究的確是枯燥而寂寞的,但因堅守和熱愛,奮斗者們終會收獲碩果。比如化學生物傳感與計量學國家重點實驗室主任譚蔚泓院士,一直倡導“快樂科研”的理念,對千百次實驗的失敗,他可以“選擇性失憶”。幾十年來,他一直在尋找專殺癌細胞的“聰明分子”,在國際上率先將納米生物技術、分子工程技術引入分析化學,提出了利用核酸適體研究癌癥等疾病發生、發展的分子基礎的新概念。比如汽車車身國家重點實驗室的李光耀教授,經常除了吃飯整天幾乎可以不挪一步地在計算機上繪圖設計、查閱資料、尋找數據。經過多年不懈努力,李光耀及其合作伙伴研發的自主軟件,解決了我國CAE軟件被國外壟斷的“卡脖子”問題。再比如新型功率半導體器件國家重點實驗室常務副主任劉國友,組織團隊攻克了30多項難題,突破8英寸(1英寸=2.54厘米)大功率IGBT芯片設計與制造關鍵技術,實現全電壓系列IGBT芯片及其模塊封裝產業化,打破國外長期的技術封鎖與產品壟斷,有力支撐了高鐵、智能電網等高端裝備產業的健康可持續發展。

平臺聚力,人才薈萃。正是有了一大批潛心鉆研、甘于奉獻的高水平創新人才,我省重點實驗室里方能誕生一個個推動經濟社會發展的重要成果。截至2019年底,我省重點實驗室共擁有高層次創新人才629人。其中,兩院院士31人,長江學者41人,,國家“百千萬人才工程”人選60人,國家杰出青年基金獲得者92人,湖南省科技領軍人才39人,芙蓉學者41人,湖南省新世紀121人才工程第一層次專家89人。

謀發展:有的放矢繪藍圖

習近平總書記多次對國家重點實驗室體系重組作出重要指示。國務院總理李克強在今年的政府工作報告中也提出:加快建設國家實驗室,重組國家重點實驗室體系,發展社會研發機構。這是繼2019年政府工作報告提出“抓緊布局國家實驗室,重組國家重點實驗室體系”之后,政府工作報告再次提及“重組”。

連續兩年強調國家重點實驗室的重組,究竟釋放出什么信號?湖南又該如何提升現有國家重點實驗室建設水平?以現有省級實驗室基礎和優勢學科為依托,如何培育新的國家重點實驗室后備力量?

蓄內力、促聯合、強加持,湖南正在行動。

今年5月至7月,湖南省副省長朱忠明調研了省內十余家國家重點實驗室,強調要把國家重點實驗室作為創新型省份建設的重要抓手,擺到更加突出的位置,堅持目標導向,找準定位;堅持問題導向,補齊短板;堅持結果導向,注重產出效益;強化協同配合,共同推動國家重點實驗室高質量發展。

打造中國的“車輛先進設計制造技術中心和技術策源地”是汽車車身國家重點實驗室的發展方向?!拔覀冇媱澛摵现熊囍曛藓腿恢毓さ鹊胤疆a業優勢,在車輛智能設計、智能裝備、智慧出行等未來支柱產業領域聯合攻關?!毙焓纻ソ榻B,實驗室將加強產學研結合,服務好地方的重大科研規劃、助力地方企業的戰略轉型發展。此外,實驗室還與澳大利亞國立大學達成初步意向,共建“車輛先進設計制造與新材料中澳聯合研究院”,在國產基礎工業軟件、人工智能輔助材料設計和數字化智能選材體系、智能裝備與制造等“卡脖子”工業軟基礎領域實現突破。

今年5月掛牌成立的岳麓山種業創新中心,首期聚焦關鍵共性技術和優勢物種領域攻關,其中的岳麓山水產育種創新研究中心(公司)由劉少軍牽頭建設?!斑@對整合全省水產力量,加強‘科研團隊+企業+政府支持’的大協作產學研合作體系具有重要作用?!壁w霆雷說,這也是淡水魚國家重點實驗室未來的發力方向,“我們將致力于優質魚類良種良養良銷體系的建立,打造水產科技創新產業基地,為地方經濟建設尤其是淡水魚‘千億產業’提供服務?!?/p>

雜交水稻國家重點實驗室將在產學研融合創新方面持續發力.jpg

雜交水稻國家重點實驗室將在產學研融合創新方面持續發力。

雜交水稻國家重點實驗室則要保持在超級雜交稻等領域的國際領跑地位,繼續大力引進領軍人才、做好產學研融合創新;化學生物傳感與計量學國家重點實驗室則需夯實在功能核酸等基礎研究領域的國際引領優勢,強化實驗室與醫學、物理、信息科學等多學科的交叉,發展強大的原始創新能力。

與此同時,湖南在培育國家重點實驗室后備力量方面打出“組合拳”。近期召開的2020年湖南省科技創新工作推進會上明確,將立足湖南省重點關鍵領域,采取聯合組建、院地共建等多種形式,探索政府所有、實體化建設、獨立法人運作、實行社會化用人和市場化薪酬制度等體制機制,加快推進一批有實力有基礎的國家重點實驗室的培育基地建設,力爭新建一批國家重點實驗室。目前,省科技廳啟動了國家重點實驗室培育計劃,將在今年啟動15個左右的國家重點實驗室培育基地,培育期為3年,通過創新型省份建設專項給予重點支持。

同時,省科技廳還將支持實驗室開展國際科技合作,積極參與或主導國際大科學計劃和工程,牽頭承擔國際科技創新合作專項項目;借鑒京津冀國家重點實驗室聯盟建設經驗,以中部各省重點實驗室為載體,推動區域國家重點實驗室合作交流;按照《湖南省科技資源共享服務平臺管理辦法》,抓緊建設各領域資源共享服務平臺或資源庫(館),推動實驗室儀器設備、重大科研數據等科技資源開放共享,為實驗室發展提供便利的基礎平臺。

信號已經釋放,藍圖正在擘畫。未來的湖南省重點實驗室,面向科技創新工作新形勢、新任務,將如何更好地服務于全省產業升級和轉型,為我省創新驅動發展戰略提供強大的知識和人才支撐,為創新型國家建設提供強大推動力?我們拭目以待。

原文鏈接:https://keji.rednet.cn/content/2020/09/16/8309292.html

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