把論文寫在祖國的大地上
——北京理工大學科研工作紀實
發(fā)布日期：2020-11-09 供稿：科研院、宣傳部 攝影：科研院
編輯：吳楠 審核：藺偉、王偉 閱讀次數(shù)：【編者按】在全面做好疫情防控的基礎上，金秋9月，學校成功舉辦了建校80周年系列紀念活動。下半年，學校將迎來第十五次黨代會。站在新的歷史起點上，在全面開啟建設中國特色世界一流大學新征程之際，為全面展示學校十四次黨代會以來取得的辦學成就，黨委宣傳部特別推出“砥礪奮進、輝煌北理”系列專題報道，營造昂揚向上、激情進取的良好氛圍，凝聚師生員工團結奮斗、矢志一流的磅礴力量。
部署于云南江城的昆蟲雷達實驗樣機
“嘀，嘀，嘀……”隨著倒計時鐘聲的響起，晚六點，“Ku波段高分辨全極化昆蟲探測雷達”準時現(xiàn)身在CCTV17農業(yè)農村頻道，為大家準點報時。該空中昆蟲生物遷飛監(jiān)測雷達由北京理工大學聯(lián)合中國農業(yè)科學院歷時三年研制完成，通過向空間輻射電磁波的方式開展全天候、全天時探測。當電磁波與昆蟲“相遇”，昆蟲的信息便可一清二楚，可有效預防蟲害的發(fā)生。目前，兩臺Ku波段昆蟲雷達已經(jīng)部署于云南地區(qū)國境沿線，針對草地貪夜蛾等重大遷飛害蟲入境，可提供第一手監(jiān)測信息，把好空中國門。
近年來，在北理工，諸如昆蟲探測雷達這樣的重大科技成果不斷涌現(xiàn)，科技工作蓬勃發(fā)展，這是新時代北理工科技發(fā)展理念的生動體現(xiàn)。
“扎根中國大地，建設世界一流大學”，學校以此為科技發(fā)展目標，不斷優(yōu)化“數(shù)理化文融為基，機信生材智為干，地信天海醫(yī)為領”的科研體系，堅持“聚大團隊，建大平臺，擔大項目，出大成果”的科技創(chuàng)新范式，大力強化基礎研究和原始創(chuàng)新，聚焦關鍵核心技術的交叉融合，整合優(yōu)質資源，推進重大創(chuàng)新平臺建設，完善重大科研攻關的協(xié)同聯(lián)動機制，持續(xù)提升服務國家戰(zhàn)略能力，走出了一條科技創(chuàng)新的“北理工之路”，為服務國家安全、國計民生重大需求貢獻北理工力量。
理工并重，做服務重大戰(zhàn)略的國家隊
北理工研發(fā)的電動車用于北京奧運會
“1994年我參與研究的純電動公交車‘遠望號’試車成功，這是我國首部純電動公交車。準備批量生產之際，美國供應商卻突然獅子大開口，零部件售價從一套4萬美元提高到10萬美元，這直接導致了中國首臺電動公交車量產計劃的擱置。”中國工程院院士、機械與車輛學院教授孫逢春因為這次打擊，更加堅定了要掌握核心技術、自主研發(fā)電動車輛的決心和信念。此后，孫逢春帶領團隊，攻堅克難，終于研發(fā)出具有中國自主知識產權的純電動大客車。2008年北京奧運會期間，電動汽車首次大規(guī)模使用，實現(xiàn)了奧運中心區(qū)零排放。這套純電動公交運營體系還服務于上海世博會、廣州亞運會、APEC會議。2019年以來，孫逢春又帶領團隊攻克極寒等惡劣條件，使新能源汽車在北京冬奧會期間普及使用成為可能。
孫逢春院士團隊是北理工眾多科研團隊的一個縮影。作為實施創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略的排頭兵，北理工的科技團隊緊緊圍繞國家戰(zhàn)略，扎根中國大地，著眼人類社會發(fā)展新需求、世界科技革命新趨勢，始終秉持求真求實的科學精神，不斷向未知領域挺進、向科技高峰進軍，推動自主創(chuàng)新實現(xiàn)新突破，勇當科技報國的國家隊。
《中國能源報告（2016）：能源市場研究》獲教育部高等學校科學研究優(yōu)秀成果獎
“在相當長一段時期，國際主流的氣候變化綜合評估模型都是由發(fā)達國家開發(fā)的，包括中國在內的發(fā)展中國家的特征在這些模型中沒有得到清晰刻畫，有關發(fā)展中國家的氣候影響與適應、成本與效益方面的評估比較粗略，這很不利于發(fā)展中國家參與全球氣候治理并爭取合理利益。”第二屆全國創(chuàng)新爭先獎獲得者、管理與經(jīng)濟學院教授魏一鳴每一兩個月就要參加一次聯(lián)合國氣候變化專門委員會（IPCC）評估報告工作會議，感觸頗深。
為改變我國在氣候變化綜合評估建模方面相對滯后的狀況，魏一鳴帶領的國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體深耕細作、矢志創(chuàng)新，自主研發(fā)了“中國氣候變化綜合評估模型（C3IAM）”，實現(xiàn)了地球系統(tǒng)模式與社會經(jīng)濟系統(tǒng)的雙向耦合，打破了發(fā)達國家在全球氣候治理路徑設計中壟斷的格局，所形成的一系列政策建議得到了國家相關部門的充分肯定，有力支撐了我國參與全球氣候談判。
科技成果的產出，不僅要有“大團隊”，還要有“大平臺”。近年來，學校瞄準世界科技前沿，加快建設交叉融合創(chuàng)新平臺體系，獲批立項建設如“多模態(tài)智能機器人及系統(tǒng)集成攻關大平臺”等一批高水平國家級科研平臺，啟動建設了分子能源實驗中心等13個先進平臺，打造了電子政務研究院、中國工程科技前沿交叉戰(zhàn)略研究中心和國際爭端預防和解決研究院等一批“人文+”戰(zhàn)略平臺和高水平智庫。
多年來，學校始終與黨和國家同呼吸、共命運，堅持面向國家重大戰(zhàn)略需求，在含能材料、制導控制、動力傳動、雷達信息、指揮控制、人工智能、大數(shù)據(jù)、特種材料等領域取得了一系列關鍵突破與重大進展。“十三五”以來，學校牽頭獲國家科學技術獎16項，其中國家技術發(fā)明獎一等獎1項，國家科技進步獎一等獎1項；牽頭承擔國家重點研發(fā)計劃8項；牽頭承擔“科技冬奧”重點項目，解決了一批“卡脖子”技術難題。
原始創(chuàng)新，做攻堅基礎研究的主力軍
做學問，既要枝繁葉茂，更要固本強基。物理學院姚裕貴教授自2001年訪學開始深入研究反常霍爾效應，2004年他和研究伙伴創(chuàng)造性地將貝里曲率引入到第一性原理計算的框架中，解決了國際物理學界“內稟機制貢獻在反常霍爾效應中是否重要”這個長期懸而未決的科學難題。2010年，他又和研究伙伴另辟蹊徑提出一系列材料設計的方案，將拓撲絕緣體材料從原有的“個案”變成“系列”，2011年他首次預言硅（鍺、錫）烯是二維大能隙拓撲絕緣體，進一步推動了該領域的發(fā)展。深耕基礎研究十數(shù)載，剝繭抽絲，追求創(chuàng)新，憑借著在計算物理領域的一系列重要成果，姚裕貴主持完成的“固體材料中貝里相位效應的第一性原理研究”項目于2018年榮獲國家自然科學獎二等獎。
關于MOFilter納米晶膜材料的研究成果發(fā)表在《Nature Communications》上
基礎研究不是“懸在空中”“停在紙上”。2020年新冠肺炎疫情肆虐，化學與化工學院王博教授帶領團隊，第一時間開展科研攻關，發(fā)揮在MOFilter納米晶膜技術領域的基礎研究優(yōu)勢，成功研制出可以有效滅殺病毒的MOFilter材料。“我經(jīng)常想，作為一名學者，我要讓自己的科研成果應用于國內產業(yè)發(fā)展上，我要為給國家發(fā)展注入一些新鮮的血液。”2011年，為了心中的科研夢，王博拒絕了多個留在國外的機會，毅然選擇回國到北京理工大學繼續(xù)從事科研工作。多年來，王博長期致力于MOF（金屬有機框架）材料基礎研究，帶領團隊解決了環(huán)保領域若干關鍵技術難題，并將先進的MOF材料廣泛應用于空氣過濾凈化等國計民生領域，形成多種濾芯和工業(yè)產品。
如今，北理工已經(jīng)匯集了一大批致力于基礎研究的高水平學者。新冠肺炎疫情期間，學校依托長期積累的研究優(yōu)勢，聚焦疫情防控急需，用科技助力抗“疫”，展現(xiàn)了北理工厚積薄發(fā)的“硬核”實力。在抗病毒藥物方面，前沿交叉科學研究院黃淵余課題組基于在核酸技術方面的多年積累和專長，積極與合作單位開展mRNA疫苗開發(fā)和新冠病毒核酸防治技術攻關。在應急裝備方面，學校精準對接公共衛(wèi)生事件應急需求，設計開發(fā)應急建設集裝箱式醫(yī)療單元，實現(xiàn)了與移動CT、移動P3實驗室和檢驗設備的對接，并能針對疫情隔離要求以及其他公共衛(wèi)生事件的需求進行迅速調整，為戰(zhàn)勝疫情提供有力科技支撐。
面向人工組織構建的多機器人協(xié)同微操作系統(tǒng)
在造福人類健康的道路上，北理工不斷探索前行，成績斐然。把一個個最基本的細胞單元變作“積木”，組裝起來去復制人類的組織和器官，已不是天方夜譚，而是真實發(fā)生在北京理工大學的校園中。北理工智能機器人與系統(tǒng)高精尖創(chuàng)新中心科研團隊用微納機器人組裝人體器官，使組織再造在未來成為可能。他們深耕微納機器人核心技術研發(fā)，提出了微納操作機器人在人體微組織重構中的應用理論，通過跨尺度多機器人的協(xié)同微組裝，實現(xiàn)功能化人體組織與器官的體外仿制，搭建了一套先進的微納機器人協(xié)同操作系統(tǒng)，在世界上首次實現(xiàn)了基于微納機器人生物操作的200微米直徑人工微血管的體外構建，“細胞組裝、再造器官”的夢想在北理工落地生根。
近年來，學校大力推進傳統(tǒng)工科與基礎學科交叉融合，聚焦對人類社會發(fā)展進步產生突出影響的重大科技熱點難點，提煉世界科技若干科學和前沿問題，力爭產生一批具有國際影響的前瞻性、先導性、探索性、顛覆性的原始創(chuàng)新成果。此外，學校還在新興方向開展核心技術攻關，解決‘卡脖子’問題，突出智能科技的引領作用，逐步形成特色優(yōu)勢。
基礎研究是學校科技工作持續(xù)發(fā)展的動力保障。“十三五”以來，學校瞄準具有顛覆性、探索性的前沿方向，凝練高能量物質、跨域變體飛行理論等重大科學問題，超前部署重大基礎研究，成功申報了教育部高能量物質前沿科學中心；瞄準新興技術領域，打造優(yōu)勢工科與特色理科融合的基礎前沿交叉平臺，在醫(yī)工融合、先進材料、空間載荷等領域催生新興研究方向，在計算物理和凝聚態(tài)理論、激光制造等方向取得重大突破，牽頭獲國家自然科學獎二等獎 2項。
成果轉化，做服務經(jīng)濟社會發(fā)展的先鋒隊
“雷達是人類眼睛的延伸，無論是軍用還是民用都值得加快創(chuàng)新發(fā)展。大眾也許會覺得這項科技離自己很遙遠，但其實在生活中很多意想不到的地方，雷達都發(fā)揮著妙用。”談及雷達研究的重要性，第二屆全國創(chuàng)新爭先獎獲得者、信息與電子學院教授龍騰頗有感觸。
邊坡雷達金沙江白格滑坡監(jiān)測
本文開篇提及的正是龍騰所在的信息與電子學院毛二可院士團隊研發(fā)的雷達辨蟲技術，在“一只蟲也別想逃”的背后，凝聚了這個“老牌”雷達團隊始終瞄準社會經(jīng)濟發(fā)展需要的潛心追求。2017年8月28日，貴州畢節(jié)納雍發(fā)生山體崩塌。應貴州省國土資源廳邀請，學校雷達技術研究所聯(lián)合理工雷科公司組建的“勇士”救援隊，攜帶虎眼AB21型地質形變監(jiān)測雷達系統(tǒng)（又稱邊坡雷達），第一時間到達滑坡現(xiàn)場，協(xié)助開展搶險工作。邊坡雷達可實現(xiàn)對公路、邊坡和橋梁的監(jiān)測，對高速公路和公路兩側的山體滑坡、泥石流和崩塌等一系列地質災害起到預防作用。
“我們請醫(yī)生戴上一個光學透視式頭盔，同時把病人的CT或核磁共振影像處理成三維圖像，給予了醫(yī)生全新的視野。”光電學院王涌天教授團隊為醫(yī)生戴上“透視鏡”，利用增強現(xiàn)實技術進行手術導航。2016年神舟十一號飛船在太空遨游33天，航天員景海鵬、陳冬就借助我國首套登陸太空的VR眼鏡，實現(xiàn)與家人隔空“團聚”。這套酷炫的設備正是由王涌天教授團隊聯(lián)合中國航天員科研訓練中心共同研制完成的。近年來，他帶領團隊在混合現(xiàn)實領域取得豐碩的成果，相關研究成果已經(jīng)廣泛應用于教育、培訓、文化、娛樂、醫(yī)療等領域。
柔衛(wèi)甲柔性防爆裝置
“在高速攝影記錄下，1公斤TNT當量的炸藥，套上北理工的‘柔衛(wèi)甲’后，爆炸瞬間不僅所有殺傷破片被攔截，實驗房間內沒有一片木板被炸飛或者掉落，小屋內的窗戶、冰箱、電視機、綠植均完好無損……”在央視節(jié)目中，北理工機電學院黃廣炎教授帶領團隊研制的“柔衛(wèi)甲”大顯身手，以柔制“爆”。這一裝備已用于全國兩會、青島上合組織會議、“一帶一路”國家外警培訓、亞太維和等重要活動的安全保障中，并在國內外機場、地鐵、高鐵、銀行等重要場所廣泛應用。
爭做服務社會經(jīng)濟建設的“先鋒隊”，近年來，學校積極搭建平臺，促進新興產業(yè)科技成果轉化，面向“京津冀協(xié)同發(fā)展”和“長江經(jīng)濟帶”等戰(zhàn)略需求，圍繞新一代信息技術、人工智能、大數(shù)據(jù)、新能源汽車、先進制造、先進材料、海洋科技、醫(yī)工融合等方向，加快重慶創(chuàng)新中心、唐山研究院、前沿技術研究院（濟南）等產學研合作平臺建設，謀劃論證與浙江、廣東等地合作建設高水平研究機構，形成了以六大板塊為主要支撐的對外合作嶄新布局。近年來，學校不斷深化科技成果轉化體制機制改革，創(chuàng)新學科性公司新模式和成果轉化服務新機制，創(chuàng)辦學科性公司近20家，其中理工雷科、理工華創(chuàng)實現(xiàn)上市。
始終堅持把論文寫在祖國大地上，把科技成果應用在實現(xiàn)中華民族偉大復興的偉大事業(yè)中。“十三五”以來，學校謀劃發(fā)展，緊抓落實，在科技發(fā)展的道路上寫下了許多精彩篇章。面向未來，學校將繼續(xù)扎根中國大地，想國家之所想、急國家之所急，緊緊圍繞經(jīng)濟競爭力的核心關鍵、社會發(fā)展的瓶頸制約，不斷提升創(chuàng)新能力，攀登創(chuàng)新高峰，為建設世界科技強國勇立新功！
