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【红网】筑基强源,打开科技创新“总开关” ——湖南基础研究平台厚积薄发

2020-09-16 13:47   来源:发明与创新杂志   作者:宝马娱乐app官方下载雷蕾 张思瑾 顾兴晨   点击:

一条新品种的鱼“游”上餐桌需要多长时间?

一辆汽车减重10%后,百公里油耗能降低多少?

一栋超高层大型建筑突遇火灾,消防员能使用什么样的消防车救援?

一位患有癌症的病人做化疗后饱受副作用折磨,有什么方法能够减轻副作用,缩短治疗周期?

这些问题的答案在我省的重点实验室里都能找到。

回溯历史,湖南省第一家国家重点实验室——粉末冶金国家重点实验室于1989年批准建设,1995年正式运行。30余年来,作为基础研究支撑平台,我省的重点实验室在推动重大科学研究、夯实原始创新能力、解决国家重大需求方面发挥了重要作用。

“基础研究是科技创新的‘总开关’。”在今年全国两会前的国新办发布会上,科技部部长王志刚一言以蔽之。为了打开科技创新的“总开关”,激发更强的创新“爆发力”,湖南基础研究平台建设力度不断加大。10年前,湖南省级以上重点实验室仅有77家,而截至目前,我省正在运行的湖南省重点实验室达329家,其中国家级重点实验室达19家。数字的成倍增长,体现了湖南原始创新能力和关键技术领域研发能力的增强,更体现了支撑创新引领开放崛起的源头供给能力的不断跃升。

展实力:“一”往无前结“新”果

“湖南大学成为首个获得‘Altair Enlighten Award’奖的国内高校!”8月29日,湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室(下称“汽车车身国家重点实验室”)主任徐世伟教授发布了一条朋友圈信息,称其设计研发的“低成本耐腐蚀性锻造镁合金轮毂”获得了在汽车行业颇具权威的车辆轻量化创新技术专业奖项,并“晒出”了获奖证书和历届获奖机构的图片,“湖南大学”几个汉字在众多的英文标志中十分醒目。

汽车车身先进设计制造国家重点实验室开发了多款符合中国人体特征的碰撞测试假人.jpg

由汽车车身先进设计制造国家重点实验室开发的多款符合中国人体特征的碰撞测试假人。

汽车轻量化,顾名思义,就是让汽车变得更轻便。“减肥”后的汽车优点很多,比如惯性更小,其加速性能、制动性能及操控性能均会有所提升;在其他条件不变的情况下,车辆的油耗和碳排放也会随着质量减少而减少;能满足新能源汽车、智能网联汽车高水平发展的需要等。可以说,汽车轻量化已成为我国汽车产业发展的必然趋势。

在汽车行业,常有“簧下一公斤,簧上十公斤”的说法,而要减轻簧下质量,简单的方法便是换一套轻量化轮毂。“实验室研发的镁合金轮毂仅重7.7公斤,比同规格的铝合金轮毂减重26%。”徐世伟介绍,该产品目前已通过了300万次径向疲劳测试、87万次弯曲疲劳测试以及冲击测试。“徐老师2018年就把自己汽车的轮毂换了,百公里油耗从10.8L左右下降到了7.6L。” 汽车车身国家重点实验室的李彬博士介绍,产品的耐腐蚀性同样有保障,“经过中性盐雾试验,产品的腐蚀速率仅为0.2649mm/y,大大低于1.2mm/y的课题指标。”

实际上,在汽车车身国家重点实验室里,轻量化镁合金的制备加工、零部件设计开发及推广应用早已多点开花、硕果累累。

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由汽车车身先进设计制造国家重点实验室自主研制的国际首台自适应激光焊接机。

如已应用于吉利SUV(运动型多用途汽车)的镁合金仪表板骨架是国内第一个设计、制造、检测全国产化的汽车零部件,它仅重4.3公斤,比原始钢制件减重50%以上;获得首届“中国汽车轻量化设计奖”一等奖的新能源汽车高速电机用高扭矩输出镁合金减速器壳体,重量仅为8.9公斤,相比原有铝合金壳体减重25%,且减震降噪效果显著;铝镁合金座椅骨架总重16公斤,比钢制座椅骨架总成减重4.4公斤等。此外,5G基站信号塔散热片,高铁座椅骨架、转向架,轮椅、拐杖等老年人专用产品,折叠床等户外产品身上处处皆“镁”。

“我啊,业内人称‘镁’人!”东北汉子徐世伟说起自己的业内名号时哈哈一笑,而从这个称呼里,也可以看出他在镁合金材料领域的深耕和钻研,“在轻量化耐腐蚀镁合金及其零部件设计应用技术上,我们可以称得上国际领先。”

十年磨一剑。自2010年开始运行的汽车车身国家重点实验室的雄厚实力不止于此。徐世伟将实验室的优势概括成了六个“一”:是国内唯一进行车身设计制造应用基础理论研究与关键技术开发,且具有工业设计、工程设计和制造工艺综合研发能力的国家级实验室;是唯一可以进行整车设计制造的国家级实验室;在国际上首次构建了中国汽车品牌基因和进化谱;在国内首次开发了车身结构减材、等材、增材制造的复合加工设备;开发了全球第一个汽车碰撞试验中国人体假人;组建了中国大陆第一支大学生方程式赛车队。

“第一”不是吹出来的。每个“一”背后都有实实在在的成果作为支撑。在车身结构设计上,成果方法应用于国内100余款车型,为80多家汽车企业提供冲压工艺、模具设计以及各种新材料零部件开发,成果支撑开发的五菱系列车型在全国MPV(多用途汽车)销量中排名第一。在汽车造型能力方面屡获殊荣,包括连续三年获得中国汽车设计大赛最佳院校,2018年上汽设计国际挑战赛总冠军,2019年ICCG汽车设计大赛总冠军等。联合大族激光开发了国内首台激光增减材复合制造装备,首次完全自主研发出三维五轴联动激光加工机床,“中厚板及难焊材料激光焊接与复杂曲面曲线激光切割技术与装备”获 2019年度国家科技进步奖二等奖。打破国外垄断,完成了十余款符合中国人体特征的碰撞测试假人,已在国内外70多家单位得到应用……

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1995年起正式运行的粉末冶金国家重点实验室。

放眼全省重点实验室,汽车车身国家重点实验室只是其中一个代表。多年来,我省重点实验室在前沿基础研究和应用基础研究领域取得多项重要成果。杂交水稻国家重点实验室主任邓启云育成我国最大两系不育系Y58S,超级杂交稻品种连续突破单产世界纪录且推广面积持续居全国杂交水稻前列。粉末冶金国家重点实验室发明的新型结构钨合金和硬质合金应用于十余项型号工程,解决了先进制造和资源开采关键材料问题。深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室开发的高压水射流金属表面清理成套技术装备攻克了世界上钢铁行业无酸除鳞技术难题。省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室攻克了种间生殖隔离难关,探索出鱼类远缘杂交的主要遗传和繁殖规律;建立了一步法和多步法鱼类杂交关键育种技术;创建了一批源于远缘杂交的四倍体和二倍体鱼可育品系和优良鱼类;首次证明鲤-鲫-金鱼杂交演化途径;研制了一系列具有生长快、抗病能力强、肉质好、外形美观等优点的优良鱼类。建设机械关键技术国家重点实验室核心技术成果,支撑了世界最长101米泵车、世界最高113米登高平台消防车等一系列标志性产品的研发……仅2019年,我省重点实验室就主持和承担各类在研课题8508项,其中国家级课题3931项;获得省部级以上奖励共268项,其中国家级奖励12项。比如新型功率半导体器件国家重点实验室“高压大电流IGBT芯片关键技术及应用”项目技术成果获国家技术发明奖二等奖,视觉感知与人工智能湖南省重点实验室“多模图像结构化稀疏表示与融合理论方法研究”获国家自然科学奖二等奖。

守初心:远离浮华甘坚守

“唯一”“第一”“国际领先”“打破垄断”……重点实验室的这些“绝对竞争力”从何而来?

走进这些实验室,走近那些默默坚守、努力奋斗的科研人,这个问题同样能得到答案。

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省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室育种基地。

8月下旬的一天,宝马娱乐app官方下载省部共建淡水鱼类发育生物学国家重点实验室(下称“淡水鱼国家重点实验室”)育种基地内,吴昌博士和胡方舟博士正给自己的“鱼孩子”们喂食。“每天早上起来先喂鱼,再接着去洗漱吃早餐。下午也是一样,鱼先吃饱了我们再去吃。”吴昌说,他们早已形成了“以鱼为先”的生活方式,“这也是受刘老师的影响,每年的3到6月,刘老师早上五六点就会到基地来,观察鱼类的产卵情况。”

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刘少军院士在观察鱼苗。

吴昌口中的刘老师,就是淡水鱼国家重点实验室主任、中国工程院院士刘少军。这位自称“渔夫”的院士用30余年的观察、思考、实验和应用,一点点敲开了世界同行对鱼类远缘杂交不可育的认识坚冰。

20世纪80年代后期,刘少军就已着手研究鱼类远缘杂交和染色体倍性操作。因为生殖隔离的存在,自然界中,除非极端环境下,一般两个不同物种的鱼类不会自然杂交。因此只能创造特殊环境,让它们交配。在如此低概率的情况下,一年能做一两个鱼类远缘杂交组合就很不容易了。

于是,每到鱼类产卵季节,刘少军及其团队成员的作息就开始跟着鱼走,一次次从成百上千条杂交鱼里收集珍贵的精液、卵子,小心翼翼地放进培养皿里守候奇迹出现。

这些杂交后代中,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着做下去。而且,鱼类远缘杂交后代中可育的雌性和雄性个体数目非常少,即使是可育的后代,一般其精液和卵子质量也非常差,从数以千计中能找出几十条就很幸运了。这就要靠研究者精心设计、耐心收集、积少成多来做实验了。

就这样,一步一步,刘少军及其团队在近30年的时间内做了37个杂交组合,其中30个组合能够形成存活后代。也因此,他们才能够揭示出远缘杂交的相关遗传和繁殖规律,为在国际上首次建立起适合于鱼类远缘杂交和近缘杂交的一步法育种技术和多步法育种共性技术等奠定重要的基础。

“实验室获得了三项国家科技进步奖二等奖,分别是2003年度的‘异源四倍体鲫鲤鱼和三倍体湘云鲫(鲤)研究’、2011年度的‘新型和改良多倍体鱼研究及应用’、2018年度的‘淡水鱼类远缘杂交关键技术及应用’,这三项研究脉络清晰地体现了两代院士在远缘杂交领域的系统化研究。”淡水鱼国家重点实验室常务副主任赵霆雷教授介绍,刘少军的父亲刘筠院士主持的“异源四倍体鲫鲤鱼和三倍体湘云鲫(鲤)研究”在世界上首次研制出雌雄两性能育、遗传性状稳定的异源四倍体鲫鲤群体,解决了远缘杂交“有没有”的问题,其后的研究则从个体转向了系统化、规律化。“每隔七八年才能出一次成果,没有持之以恒的坚守、把冷板凳坐热的决心是做不到的。”

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用一步法育种技术研制的合方鲫。

如今,越来越多的优质鱼类从实验室“游”上了老百姓的餐桌。2017年获得国家级水产新品种证书的合方鲫,已在多省市推广养殖;杂交翘嘴鲂既保留了母本团头鲂草食性的优良特性,肉质中又体现了父本翘嘴红鲌肉质的风味,在相同养殖条件下,杂交翘嘴鲂比团头鲂和翘嘴红鲌增产20%以上。2016年至2018年,实验室研制了湘云鲫2号、合方鲫、杂交翘嘴鲂、鳊鲴杂交鱼、杂交鳊、杂交鲌、新型三倍体鲤等一批优质鱼类,其中4种优质鱼类获得国家级水产新品种证书。

“刘老师常说,科学规律是从一个一个实验数据的积累和归纳分析中得出的,教科书上没有可借鉴的例子。”淡水鱼国家重点实验室副教授陶敏形容刘少军练就了“火眼金睛”,“有一次,我们培育的新品种鱼开始吃草了,就是他第一时间发现并提醒我们。”

“他改起我们的论文,英文表述、中文语法、错别字、标点,一点问题都不放过。”刘少军对待科研的严谨让陶敏敬佩不已,“不管是不是他带的学生,只要有问题,他都会耐心解答,点拨他们明晰方向。”

恒心、细心、耐心,这是榜样的品格,也是团队前行的支撑。淡水鱼国家重点实验室成员有一个微信群,群名叫“fish family”,在这个大家庭里,很多人的微信头像都是实验室培育的鱼。“实验室的年轻人很拼。”赵霆雷说,“别说周末,就是逢年过节,实验室里也不缺人,他们闲不住,总要关心自己的鱼。”

基础研究的确是枯燥而寂寞的,但因坚守和热爱,奋斗者们终会收获硕果。比如化学生物传感与计量学国家重点实验室主任谭蔚泓院士,一直倡导“快乐科研”的理念,对千百次实验的失败,他可以“选择性失忆”。几十年来,他一直在寻找专杀癌细胞的“聪明分子”,在国际上率先将纳米生物技术、分子工程技术引入分析化学,提出了利用核酸适体研究癌症等疾病发生、发展的分子基础的新概念。比如汽车车身国家重点实验室的李光耀教授,经常除了吃饭整天几乎可以不挪一步地在计算机上绘图设计、查阅资料、寻找数据。经过多年不懈努力,李光耀及其合作伙伴研发的自主软件,解决了我国CAE软件被国外垄断的“卡脖子”问题。再比如新型功率半导体器件国家重点实验室常务副主任刘国友,组织团队攻克了30多项难题,突破8英寸(1英寸=2.54厘米)大功率IGBT芯片设计与制造关键技术,实现全电压系列IGBT芯片及其模块封装产业化,打破国外长期的技术封锁与产品垄断,有力支撑了高铁、智能电网等高端装备产业的健康可持续发展。

平台聚力,人才荟萃。正是有了一大批潜心钻研、甘于奉献的高水平创新人才,我省重点实验室里方能诞生一个个推动经济社会发展的重要成果。截至2019年底,我省重点实验室共拥有高层次创新人才629人。其中,两院院士31人,长江学者41人,,国家“百千万人才工程”人选60人,国家杰出青年基金获得者92人,湖南省科技领军人才39人,芙蓉学者41人,湖南省新世纪121人才工程第一层次专家89人。

谋发展:有的放矢绘蓝图

习近平总书记多次对国家重点实验室体系重组作出重要指示。国务院总理李克强在今年的政府工作报告中也提出:加快建设国家实验室,重组国家重点实验室体系,发展社会研发机构。这是继2019年政府工作报告提出“抓紧布局国家实验室,重组国家重点实验室体系”之后,政府工作报告再次提及“重组”。

连续两年强调国家重点实验室的重组,究竟释放出什么信号?湖南又该如何提升现有国家重点实验室建设水平?以现有省级实验室基础和优势学科为依托,如何培育新的国家重点实验室后备力量?

蓄内力、促联合、强加持,湖南正在行动。

今年5月至7月,湖南省副省长朱忠明调研了省内十余家国家重点实验室,强调要把国家重点实验室作为创新型省份建设的重要抓手,摆到更加突出的位置,坚持目标导向,找准定位;坚持问题导向,补齐短板;坚持结果导向,注重产出效益;强化协同配合,共同推动国家重点实验室高质量发展。

打造中国的“车辆先进设计制造技术中心和技术策源地”是汽车车身国家重点实验室的发展方向。“我们计划联合中车株洲和三一重工等地方产业优势,在车辆智能设计、智能装备、智慧出行等未来支柱产业领域联合攻关。”徐世伟介绍,实验室将加强产学研结合,服务好地方的重大科研规划、助力地方企业的战略转型发展。此外,实验室还与澳大利亚国立大学达成初步意向,共建“车辆先进设计制造与新材料中澳联合研究院”,在国产基础工业软件、人工智能辅助材料设计和数字化智能选材体系、智能装备与制造等“卡脖子”工业软基础领域实现突破。

今年5月挂牌成立的岳麓山种业创新中心,首期聚焦关键共性技术和优势物种领域攻关,其中的岳麓山水产育种创新研究中心(公司)由刘少军牵头建设。“这对整合全省水产力量,加强‘科研团队+企业+政府支持’的大协作产学研合作体系具有重要作用。”赵霆雷说,这也是淡水鱼国家重点实验室未来的发力方向,“我们将致力于优质鱼类良种良养良销体系的建立,打造水产科技创新产业基地,为地方经济建设尤其是淡水鱼‘千亿产业’提供服务。”

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杂交水稻国家重点实验室将在产学研融合创新方面持续发力。

杂交水稻国家重点实验室则要保持在超级杂交稻等领域的国际领跑地位,继续大力引进领军人才、做好产学研融合创新;化学生物传感与计量学国家重点实验室则需夯实在功能核酸等基础研究领域的国际引领优势,强化实验室与医学、物理、信息科学等多学科的交叉,发展强大的原始创新能力。

与此同时,湖南在培育国家重点实验室后备力量方面打出“组合拳”。近期召开的2020年湖南省科技创新工作推进会上明确,将立足湖南省重点关键领域,采取联合组建、院地共建等多种形式,探索政府所有、实体化建设、独立法人运作、实行社会化用人和市场化薪酬制度等体制机制,加快推进一批有实力有基础的国家重点实验室的培育基地建设,力争新建一批国家重点实验室。目前,省科技厅启动了国家重点实验室培育计划,将在今年启动15个左右的国家重点实验室培育基地,培育期为3年,通过创新型省份建设专项给予重点支持。

同时,省科技厅还将支持实验室开展国际科技合作,积极参与或主导国际大科学计划和工程,牵头承担国际科技创新合作专项项目;借鉴京津冀国家重点实验室联盟建设经验,以中部各省重点实验室为载体,推动区域国家重点实验室合作交流;按照《湖南省科技资源共享服务平台管理办法》,抓紧建设各领域资源共享服务平台或资源库(馆),推动实验室仪器设备、重大科研数据等科技资源开放共享,为实验室发展提供便利的基础平台。

信号已经释放,蓝图正在擘画。未来的湖南省重点实验室,面向科技创新工作新形势、新任务,将如何更好地服务于全省产业升级和转型,为我省创新驱动发展战略提供强大的知识和人才支撑,为创新型国家建设提供强大推动力?我们拭目以待。

原文链接:https://keji.rednet.cn/content/2020/09/16/8309292.html

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