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最新资讯:产业需求如何驱动科研创新——建设现代化产业体系新观察(二)

俯瞰上海光源。 视觉中国供图


【资料图】

产业发展离不开科研。科研可以带来创新、提高劳动生产率,进而促进产业发展。科学研究也离不开现代化产业体系的支撑。只有产业发展了,才会有资金、有需求投入研究。产业不仅为科研提出需求,而且通过实践不断修正和打磨理论,最终带来创新。

5月25日,《自然》杂志发表封面论文,题为《卷曲规则:用于柔性太阳能电池的可弯曲硅晶片》。

论文作者来自中国科学院上海微系统所。在上海微系统所位于嘉定区的一间实验室,在科研人员手里,一片薄如纸片的单晶硅太阳能电池被弯曲、卷成筒,展开后又被弯曲、卷成筒……整个过程里,这片太阳能电池完好如初,没有丝毫破裂。

看似平常?论文标题中的“卷曲规则”一语双关,道出了背后的突破性价值。“卷曲规则”一层意思是论文讨论的对象——一种可卷曲的太阳能电池;另一层意思则是这种电池蕴含的科学价值——单晶硅原本脆而易断、难以弯曲,但最新研究成果改变了长久以来的定则。

熟悉太阳能电池行业的人,对这项重大突破发生在中国不会感到惊讶。论文第一作者、上海微系统所副研究员刘文柱说:“全球88%的太阳能电池产自中国。正是因为中国有了完善的太阳能电池产业平台,我们的科研才有了依托。”

这是对传统观念中,产业—科研关系的一种补充。众所周知,产业发展离不开科研。科研可以带来创新、提高劳动生产率,进而促进产业发展。所以,大到国家、小到企业都十分重视科研。但太阳能电池的案例从反向揭示了一个事实:科学研究也离不开现代化产业体系的支撑。

不单是太阳能电池如此,记者在上海采访了汽车、人工智能、机器人、生物医药、数学、材料等行业和学术研究领域,不断听到这样的声音:“产业需求是科研不可或缺的驱动力”,“科学技术只有找到市场时才会进步”。

产业是科研的“出题人”

柔性太阳能电池并不是一个新创意。1967年的一期《自然》杂志就曾经刊发一篇短文,探讨了柔性太阳能电池的可能性。

这篇文章在开头说:“过去一年,英美航天界对太阳能的兴趣渐增。”在美国,兴趣来自火星、木星探测计划;在英国,科学家希望通过电力推进装置改变航天器轨道。这些任务都对轻柔的新型太阳能电池提出了需求。

这是产业对科研的呼唤。毫不令人意外,呼声最初由英美发出。全世界第一块太阳能电池1954年在美国贝尔实验室诞生。上世纪60年代,美国发射的人造卫星已利用太阳能电池作为能量来源。当英美航空事业进一步发展,厚重、刚硬的太阳能电池已经不能满足需求,它需要变得轻巧、柔韧。需求出自英美,科研自然也出自英美。

半个多世纪后,当《自然》杂志再次发表关于柔性太阳能电池的文章时,作者变成了中国科学家。目前,我国是全球太阳能电池产业的领跑者,产量占88%,新增装机容量占44%,专利申请量占42%。在这个太阳能生产、应用、研发均居全球第一的国家,本土科学家“卷曲规则”是顺理成章的事。论文的通讯作者、上海微系统所研究员刘正新说:“产业和科研是相辅相成的。只有产业发展了,才会有资金、有需求投入研究。尤其是我从事的专业,如果不能与产业挂钩、不能为产业服务,就没有什么价值。”

环顾国外同行,刘正新等研究者常常看到产业转移导致科研萎缩的例子。在德国一家顶级研究机构,太阳能电池的研究经费越来越难申请,甚至连合作伙伴都难以找到。因为德国缺少像中国一样庞大的太阳能产业,从企业到政府,都不愿意继续投资这个科研领域。

现代化产业是科研的“出题人”,这个道理在各个领域都是相同的。在上海材料研究所,杨旗博士正在研发一种热稳定性与强度俱佳的不锈钢。这项科研源于国内数控机床制造的现实需求。在张江药谷,生物医药企业正在研究如何减缓T细胞耗竭。安诺瓴路首席执行官姚树元说:“如果没有CAR-T疗法,就没有这个研究需求。很多东西都是如此,先在实际生产中发现需求,再通过科研去创新并解决问题。”

“有些学科需要‘仰望星空’,它基于好奇心,挑战人类智力,不见得马上看到用途。”上海交通大学自然科学研究院院长、上海国家应用数学中心联席主任金石说,“但很多学科是跟产业有关的,因为产业的需求推动了它们发展。”例如,近些年来应用数学学科发展得很快,因为人工智能、图像识别、数据压缩等对它提出了新需求。“数学很古老。但是产业需求不断催生出数学新分支,所以它又永远年轻。”金石说。

实践是理论的“打磨工”

产业不仅为科研提出需求,而且通过实践不断修正和打磨理论,最终带来创新。

一说到创新,人们脑海里就会闪现下列画面:身着T恤的设计师啜饮着星巴克咖啡,二三十岁的企业家午餐后在餐巾纸上勾勒着奇思妙想;明亮通透的工作室角落里摆放着游戏桌……但哈佛大学商学院教授皮萨诺断言:“以上这些并不是创新。创新不是实验室里的一个发现、灵感或一台样机,而是一个新想法或概念应用于市场的过程。”

对于现代化产业体系如何推动创新,昆易电子董事长陈奇有切身体会。位于上海奉贤区的昆易电子是一家汽车开发工具供应商。4年前,他们接到国内某大型企业订单,定制一款汽车开发测试产品。那时候,两块国产芯片加在一起,性能勉强赶上一块进口芯片。

更要命的不是性能,而是价格。当时,国产芯片的单价是进口芯片的10倍。一个成熟的产业,不仅仅是技术是否达标的问题,更是成本问题。从产业上来说,这样的国产芯片是无用的。

仅仅4年后,陈奇发现了可喜的变化。现在,国内至少有紫光和安路两家公司的FPGA芯片性能接近进口芯片赛灵思水平,更重要的是,价格也降到了同等水平,因为中国有广大的芯片应用场景。

“成果是在实践中迭代出来的。研究,不是坐在家里想这个东西好,就真的好。实践中会出现各种各样的问题,需要通过产品迭代解决。”陈奇说,“纯粹靠理论研究而没有工程实践,永远做不成产品。没有产品,就谈不上创新。”谈到芯片,公众大多关心7纳米、4纳米、3纳米等先进工艺,但很少有人注意到,这几年国内成熟制程芯片的研发和制造已今非昔比。

在昆易电子所在的奉贤区临港南桥科技城里,每天,贴着各色品牌标志的电动测试车辆来来往往。就在来来往往之间,数据在增加,算法在迭代,产业在进步,上海的科技创新能力也在一步步增强。

历史一再证明,当一个国家或城市失去产业(特别是制造业),也将失去创新能力。以锂电池为例,上世纪七八十年代最初由英美物理学家、化学家开发,技术成熟后,转移到日本制造,后来产能又逐渐转向中国。锂电池产业流转的同时,相关研究和创新也在流转,先是日本、后是中国取代美国,成为锂电池领域的创新中心。据《日本经济新闻》统计,过去10年,锂电池相关专利数量,中国位居首位,占全球一半以上。此外,在被视为锂电池潜在替代品的钠离子电池研究领域,中国的专利数量和论文被引次数均大幅领先于日美。

放弃今天的产业,将会被锁在明天的产业大门之外。英特尔前总裁格鲁夫曾这样评论美国的锂电池产业发展史:30年前,当美国停止生产消费电子产品时,失去了在电池领域的领先地位,然后错过了个人电脑电池,如今在电动汽车电池方面远远落后。近年来,美国、日本等国家积极推进芯片、锂电池等在本国制造,一方面是为保证供应链安全,更是为争夺研发、创新的主导权,以期制胜未来产业。

在刊登“卷曲规则”一文的那期《自然》杂志封面上,一片柔性太阳能电池板包裹着路灯的灯柱,路灯射出橘黄色的光,照亮夜空。1967年,当英国科学家畅想柔性太阳能电池的未来时,可能没有想到,它的用途将超越航天,深入人类日常生活的方方面面。他们可能也无法想到,半个多世纪后,这个产品的研究和制造中心在遥远的中国。

责任编辑:Rex_04

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