探究如何破解儀器儀表與測量的難題

　　精密儀器的重要性不言而喻。“蛟龍”深潛，“神十”探空，人類以儀器為工具，通過測量認識世界。當(dāng)代社會發(fā)展，產(chǎn)業(yè)升級、減災(zāi)防災(zāi)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療保健、能源供給、國防安全等無不對測量技術(shù)和儀器設(shè)備提出更多需求、更高要求。

　　專家介紹，目前我國測量技術(shù)和精密儀器設(shè)備的研究、制造與國際先進水平存在明顯差距。單純依靠進口設(shè)備、進口技術(shù)，不能提高我國精密儀器的水平。如何將進口的設(shè)備技術(shù)轉(zhuǎn)化為自己的?如何推進測量科技自主創(chuàng)新進入世界前沿水平?

　　測量和精儀意味著科技發(fā)展優(yōu)先權(quán)

　　主持人：為什么要重視測量技術(shù)和精密儀器的研究、創(chuàng)新?

　　徐可欣：先進的測量科技和精密儀器是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的工具、技術(shù)創(chuàng)新的種子，許多劃時代的科技成果、獲得諾貝爾科技獎的項目皆由此產(chǎn)生。如質(zhì)譜儀的發(fā)明使我們能按原子、分子的質(zhì)量差異進行分離，檢測物質(zhì)組成;計算機X射線斷層掃描(CT)、核磁共振成像(MRI)等技術(shù)使我們可以更早發(fā)現(xiàn)疾病;圖像傳感器(CCD)已是手機、數(shù)碼相機中的關(guān)鍵元器件，這些儀器和方法的發(fā)明者也都獲得了諾貝爾獎。

　　據(jù)不完全統(tǒng)計，一個多世紀以來，諾貝爾自然科學(xué)獎項中，有68.4%的物理學(xué)獎、74.6%的化學(xué)獎和90%的生物醫(yī)學(xué)獎是借助各種先進儀器完成的。

　　現(xiàn)實社會發(fā)展也提出了很多新的科學(xué)上必須回答和解決的問題。如工業(yè)排放是如何對氣候變化、環(huán)境乃至人群健康狀態(tài)產(chǎn)生影響的?二惡英濃度低，測量方法復(fù)雜并只能離線進行，環(huán)境科學(xué)的發(fā)展迫切需要發(fā)明痕量物質(zhì)監(jiān)測的新測量方法和儀器監(jiān)測二惡英。而痕量物質(zhì)對人們健康影響的機理、評估與監(jiān)測方法等更是亟待突破的科學(xué)問題。

　　陳寶泉：測量與儀器科技水平還反映國家實力。美國商務(wù)部國家標準與技術(shù)研究所上世紀90年代中期發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，美國儀器儀表產(chǎn)值約占國民總產(chǎn)值的4%，但它拉動的相關(guān)產(chǎn)值卻高達66%.2007年美國商務(wù)部國家標準技術(shù)研究所的戰(zhàn)略報告指出，21世紀制造業(yè)和人們生活質(zhì)量提高的關(guān)鍵是測量技術(shù)，此領(lǐng)域?qū)S系國家競爭力也不可或缺。日本為奪回在測量分析儀器上的優(yōu)勢，文部省啟動了尖端測量事業(yè)，投資達上百億日元。

　　總之，測量和儀器是科技基礎(chǔ)，誰掌握了最先進的測量方法與精密儀器，誰就掌握了科技發(fā)展的優(yōu)先權(quán)、人民健康的保障權(quán)、商業(yè)標準的制定權(quán)及突發(fā)事件的主動應(yīng)對權(quán)。

　　高端儀器設(shè)備基本依靠進口

　　主持人：在測量技術(shù)和精密儀器的研究、發(fā)展方面，我國存在哪些問題?

　　陳寶泉：我國科技投入大幅增加，購置的大型儀器設(shè)備已初具規(guī)模。但其中60%是進口設(shè)備，尤其是昂貴的高端儀器設(shè)備基本都依靠進口。以醫(yī)療儀器為例，2007年全球醫(yī)療儀器市場規(guī)模約2500億美元，我國購買量約4%，我國醫(yī)院所做的高端檢查、治療基本使用進口設(shè)備。2008年我國圖像診斷儀器購買量達15.7億美元，基本被美國GE公司、德國西門子公司、荷蘭菲利浦公司、日本幾家公司瓜分，我國自己生產(chǎn)的醫(yī)療儀器產(chǎn)品僅占2%.

　　當(dāng)前，我國在測量技術(shù)與精密儀器方面與世界強國差距大，由此導(dǎo)致的科技創(chuàng)新掣肘影響面廣，如不盡快制定發(fā)展戰(zhàn)略并迎頭趕上，差距會繼續(xù)拉大。

　　測量科技和儀器發(fā)展方向、途徑

　　主持人：要想在測量技術(shù)與精密儀器方面迎頭趕上，重點發(fā)展方向是什么?

　　徐可欣：推進我國測量科技進入世界前沿，要兼顧世界測量科技發(fā)展趨勢和我國階段性需求。我認為有三個目標很重要，需布局攻取。一是原創(chuàng)性測量技術(shù)與儀器，二是國家目標導(dǎo)向或測量儀器發(fā)展趨勢引領(lǐng)的測量技術(shù)與儀器，三是精密儀器核心技術(shù)。這三大目標中，各有一個優(yōu)先展開協(xié)同創(chuàng)新的方向，分別是先進測量方法、微智能探測器與微納器件制作技術(shù)。

　　我國和發(fā)達國家的差距，除產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)積累不夠外，更在于測量原理和儀器設(shè)計的原始創(chuàng)新方法上不行。要改變現(xiàn)狀，需要在幾個方向上下大工夫。如能源領(lǐng)域的深海、深地探測，環(huán)境領(lǐng)域中微量化學(xué)物質(zhì)的快速檢測，地球尺度環(huán)境風(fēng)險的預(yù)警等;在食品安全與農(nóng)產(chǎn)品藥物殘留檢測方面，探索根據(jù)物質(zhì)的指紋光譜等光學(xué)信息建立快速測量識別物質(zhì)成分的方法，特別是痕量物質(zhì)快速測量方法;在生命科學(xué)領(lǐng)域，活細胞或蛋白構(gòu)造的實時觀察，細胞內(nèi)分子信息傳遞的視覺化，細胞與蛋白標識、檢測裝置的研發(fā)，如微弱熒光觀察裝置等;攻克復(fù)雜條件制約，突破現(xiàn)有測量極限，需改變原有模式、單一原理的方法局限，對不同學(xué)科進行交叉和融合，開展基于數(shù)理方法綜合運用的手段創(chuàng)新以實現(xiàn)測量方法的原始創(chuàng)新，上述這些成果將對科技自主創(chuàng)新產(chǎn)生不可估量的影響。

　　徐可欣：智能微探測器是指尺度微小、可受控獨立完成對特定信息的獲取與發(fā)送，且自帶動力源的傳感系統(tǒng)。這種智能探測器在很多領(lǐng)域作為“人眼”，應(yīng)用前景廣闊。這一領(lǐng)域可為納米技術(shù)、微機電系統(tǒng)、傳感器、自攜能源等多方面基礎(chǔ)研發(fā)提供戰(zhàn)略牽引，進而產(chǎn)生更多可預(yù)測的成果。如惠普公司正在研發(fā)“地球中樞神經(jīng)系統(tǒng)”：計劃在全球布下1萬億個傳感器，形成巨陣來監(jiān)測生態(tài)、地震、能源使用狀況。

　　徐可欣：微納器件制作技術(shù)是精密儀器的核心技術(shù)，涉及材料、工藝、核心算法軟件等諸多科技領(lǐng)域，目前的方向是向微小化、多功能集成化和智能化發(fā)展。世界領(lǐng)先的超精密加工技術(shù)可實現(xiàn)小于1納米精度和小于30納米尺度的特征結(jié)構(gòu)制作。根據(jù)我國國情，可優(yōu)先考慮探索新機理。當(dāng)物質(zhì)尺度達到納米量級時，在力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)或光學(xué)等方面會產(chǎn)生新效應(yīng)，經(jīng)典理論已不再適用，必須給予修正或探索新理論。

　　加工微納器件所用的工作母機屬高端精密儀器，目前基本依賴進口。我國應(yīng)一方面積極攻關(guān)，另一方面在對已有設(shè)備的使用上應(yīng)盡快形成自己的加工技術(shù)。

　　主持人：實現(xiàn)上述三大目標及優(yōu)先創(chuàng)新方向的途徑是什么?

　　徐可欣：在發(fā)達國家，測量與精儀行業(yè)等高技術(shù)行業(yè)已形成了上下游銜接、企業(yè)分工合作的格局。我國在該領(lǐng)域也可搞一些規(guī)模適當(dāng)、效率高的國家攻關(guān)工程。該行業(yè)是技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)，發(fā)展離不開大學(xué)、研發(fā)院所的智力與人才支撐。大學(xué)、研發(fā)機構(gòu)要強強聯(lián)合，分工協(xié)作。目前我國高校發(fā)揮著研發(fā)主力軍的作用，但高校“姓教”，其人員編制、固定經(jīng)費仍來自教育任務(wù)。當(dāng)下我國需要發(fā)展出一批技術(shù)有特色、有創(chuàng)新能力的中小型精儀企業(yè)。調(diào)整政策和機制，在教學(xué)受益前提下使高校研發(fā)的成果乃至于智力資源迅速轉(zhuǎn)變?yōu)樯a(chǎn)力，高校畢業(yè)生尤其是博士去中小企業(yè)就業(yè)任職，十分必要。

　　發(fā)展、提升眾多有實力的中小企業(yè)不僅是精儀行業(yè)，也是我國工業(yè)化繞不開的路徑。以精儀行業(yè)為例，高技術(shù)、高附加值、高風(fēng)險為特點的科技型中小企業(yè)不可能靠“土法上馬、因陋就簡”路子培育，要圍繞高科技產(chǎn)品特點考慮相應(yīng)的配套政策，如吸引高端人才創(chuàng)業(yè)，健全真正的風(fēng)險投資意識及渠道等。

　　徐可欣：國家對精儀與測量科技創(chuàng)新的支持應(yīng)以事后獎勵為主，這樣便于研發(fā)投入主體轉(zhuǎn)向受益者而非把納稅人的錢投給企業(yè)。為避免門類繁多的研發(fā)單位各自為戰(zhàn)，出現(xiàn)急功近利的低水平重復(fù)、惡性競爭，可考慮組建獨立于高校、院所的國家協(xié)同創(chuàng)新中心、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，真正起到引領(lǐng)行業(yè)、集中力量、合理配置資源以解決實際問題的作用。