把论文写在祖国的大地上


——北京理工大学科研工作纪实

【编者按】在全面做好疫情防控的基础上,金秋9月,学校成功举办了建校80周年系列纪念活动。下半年,学校将迎来第十五次党代会。站在新的历史起点上,在全面开启建设中国特色世界一流大学新征程之际,为全面展示学校十四次党代会以来取得的办学成就,党委宣传部特别推出“砥砺奋进、辉煌北理”系列专题报道,营造昂扬向上、激情进取的良好氛围,凝聚师生员工团结奋斗、矢志一流的磅礴力量。

部署于云南江城的昆虫雷达实验样机

  “嘀,嘀,嘀……”随着倒计时钟声的响起,晚六点,“Ku波段高分辨全极化昆虫探测雷达”准时现身在CCTV17农业农村频道,为大家准点报时。该空中昆虫生物迁飞监测雷达由北京理工大学联合中国农业科学院历时三年研制完成,通过向空间辐射电磁波的方式开展全天候、全天时探测。当电磁波与昆虫“相遇”,昆虫的信息便可一清二楚,可有效预防虫害的发生。目前,两台Ku波段昆虫雷达已经部署于云南地区国境沿线,针对草地贪夜蛾等重大迁飞害虫入境,可提供第一手监测信息,把好空中国门。

  近年来,在北理工,诸如昆虫探测雷达这样的重大科技成果不断涌现,科技工作蓬勃发展,这是新时代北理工科技发展理念的生动体现。

  “扎根中国大地,建设世界一流大学”,学校以此为科技发展目标,不断优化“数理化文融为基,机信生材智为干,地信天海医为领”的科研体系,坚持“聚大团队,建大平台,担大项目,出大成果”的科技创新范式,大力强化基础研究和原始创新,聚焦关键核心技术的交叉融合,整合优质资源,推进重大创新平台建设,完善重大科研攻关的协同联动机制,持续提升服务国家战略能力,走出了一条科技创新的“北理工之路”,为服务国家安全、国计民生重大需求贡献北理工力量。

理工并重,做服务重大战略的国家队

北理工研发的电动车用于北京奥运会

  “1994年我参与研究的纯电动公交车‘远望号’试车成功,这是我国首部纯电动公交车。准备批量生产之际,美国供应商却突然狮子大开口,零部件售价从一套4万美元提高到10万美元,这直接导致了中国首台电动公交车量产计划的搁置。”中国工程院院士、机械与车辆学院教授孙逢春因为这次打击,更加坚定了要掌握核心技术、自主研发电动车辆的决心和信念。此后,孙逢春带领团队,攻坚克难,终于研发出具有中国自主知识产权的纯电动大客车。2008年北京奥运会期间,电动汽车首次大规模使用,实现了奥运中心区零排放。这套纯电动公交运营体系还服务于上海世博会、广州亚运会、APEC会议。2019年以来,孙逢春又带领团队攻克极寒等恶劣条件,使新能源汽车在北京冬奥会期间普及使用成为可能。

  孙逢春院士团队是北理工众多科研团队的一个缩影。作为实施创新驱动发展战略的排头兵,北理工的科技团队紧紧围绕国家战略,扎根中国大地,着眼人类社会发展新需求、世界科技革命新趋势,始终秉持求真求实的科学精神,不断向未知领域挺进、向科技高峰进军,推动自主创新实现新突破,勇当科技报国的国家队。

《中国能源报告(2016):能源市场研究》获教育部高等学校科学研究优秀成果奖

  “在相当长一段时期,国际主流的气候变化综合评估模型都是由发达国家开发的,包括中国在内的发展中国家的特征在这些模型中没有得到清晰刻画,有关发展中国家的气候影响与适应、成本与效益方面的评估比较粗略,这很不利于发展中国家参与全球气候治理并争取合理利益。”第二届全国创新争先奖获得者、管理与经济学院教授魏一鸣每一两个月就要参加一次联合国气候变化专门委员会(IPCC)评估报告工作会议,感触颇深。

  为改变我国在气候变化综合评估建模方面相对滞后的状况,魏一鸣带领的国家自然科学基金创新研究群体深耕细作、矢志创新,自主研发了“中国气候变化综合评估模型(C3IAM)”,实现了地球系统模式与社会经济系统的双向耦合,打破了发达国家在全球气候治理路径设计中垄断的格局,所形成的一系列政策建议得到了国家相关部门的充分肯定,有力支撑了我国参与全球气候谈判。

  科技成果的产出,不仅要有“大团队”,还要有“大平台”。近年来,学校瞄准世界科技前沿,加快建设交叉融合创新平台体系,获批立项建设如“多模态智能机器人及系统集成攻关大平台”等一批高水平国家级科研平台,启动建设了分子能源实验中心等13个先进平台,打造了电子政务研究院、中国工程科技前沿交叉战略研究中心和国际争端预防和解决研究院等一批“人文+”战略平台和高水平智库。

  多年来,学校始终与党和国家同呼吸、共命运,坚持面向国家重大战略需求,在含能材料、制导控制、动力传动、雷达信息、指挥控制、人工智能、大数据、特种材料等领域取得了一系列关键突破与重大进展。“十三五”以来,学校牵头获国家科学技术奖16项,其中国家技术发明奖一等奖1项,国家科技进步奖一等奖1项;牵头承担国家重点研发计划8项;牵头承担“科技冬奥”重点项目,解决了一批“卡脖子”技术难题。

原始创新,做攻坚基础研究的主力军

  做学问,既要枝繁叶茂,更要固本强基。物理学院姚裕贵教授自2001年访学开始深入研究反常霍尔效应,2004年他和研究伙伴创造性地将贝里曲率引入到第一性原理计算的框架中,解决了国际物理学界“内禀机制贡献在反常霍尔效应中是否重要”这个长期悬而未决的科学难题。2010年,他又和研究伙伴另辟蹊径提出一系列材料设计的方案,将拓扑绝缘体材料从原有的“个案”变成“系列”,2011年他首次预言硅(锗、锡)烯是二维大能隙拓扑绝缘体,进一步推动了该领域的发展。深耕基础研究十数载,剥茧抽丝,追求创新,凭借着在计算物理领域的一系列重要成果,姚裕贵主持完成的“固体材料中贝里相位效应的第一性原理研究”项目于2018年荣获国家自然科学奖二等奖。

关于MOFilter纳米晶膜材料的研究成果发表在《Nature Communications》上

  基础研究不是“悬在空中”“停在纸上”。2020年新冠肺炎疫情肆虐,化学与化工学院王博教授带领团队,第一时间开展科研攻关,发挥在MOFilter纳米晶膜技术领域的基础研究优势,成功研制出可以有效灭杀病毒的MOFilter材料。“我经常想,作为一名学者,我要让自己的科研成果应用于国内产业发展上,我要为给国家发展注入一些新鲜的血液。”2011年,为了心中的科研梦,王博拒绝了多个留在国外的机会,毅然选择回国到北京理工大学继续从事科研工作。多年来,王博长期致力于MOF(金属有机框架)材料基础研究,带领团队解决了环保领域若干关键技术难题,并将先进的MOF材料广泛应用于空气过滤净化等国计民生领域,形成多种滤芯和工业产品。

  如今,北理工已经汇集了一大批致力于基础研究的高水平学者。新冠肺炎疫情期间,学校依托长期积累的研究优势,聚焦疫情防控急需,用科技助力抗“疫”,展现了北理工厚积薄发的“硬核”实力。在抗病毒药物方面,前沿交叉科学研究院黄渊余课题组基于在核酸技术方面的多年积累和专长,积极与合作单位开展mRNA疫苗开发和新冠病毒核酸防治技术攻关。在应急装备方面,学校精准对接公共卫生事件应急需求,设计开发应急建设集装箱式医疗单元,实现了与移动CT、移动P3实验室和检验设备的对接,并能针对疫情隔离要求以及其他公共卫生事件的需求进行迅速调整,为战胜疫情提供有力科技支撑。

面向人工组织构建的多机器人协同微操作系统

  在造福人类健康的道路上,北理工不断探索前行,成绩斐然。把一个个最基本的细胞单元变作“积木”,组装起来去复制人类的组织和器官,已不是天方夜谭,而是真实发生在北京理工大学的校园中。北理工智能机器人与系统高精尖创新中心科研团队用微纳机器人组装人体器官,使组织再造在未来成为可能。他们深耕微纳机器人核心技术研发,提出了微纳操作机器人在人体微组织重构中的应用理论,通过跨尺度多机器人的协同微组装,实现功能化人体组织与器官的体外仿制,搭建了一套先进的微纳机器人协同操作系统,在世界上首次实现了基于微纳机器人生物操作的200微米直径人工微血管的体外构建,“细胞组装、再造器官”的梦想在北理工落地生根。

  近年来,学校大力推进传统工科与基础学科交叉融合,聚焦对人类社会发展进步产生突出影响的重大科技热点难点,提炼世界科技若干科学和前沿问题,力争产生一批具有国际影响的前瞻性、先导性、探索性、颠覆性的原始创新成果。此外,学校还在新兴方向开展核心技术攻关,解决‘卡脖子’问题,突出智能科技的引领作用,逐步形成特色优势。

  基础研究是学校科技工作持续发展的动力保障。“十三五”以来,学校瞄准具有颠覆性、探索性的前沿方向,凝练高能量物质、跨域变体飞行理论等重大科学问题,超前部署重大基础研究,成功申报了教育部高能量物质前沿科学中心;瞄准新兴技术领域,打造优势工科与特色理科融合的基础前沿交叉平台,在医工融合、先进材料、空间载荷等领域催生新兴研究方向,在计算物理和凝聚态理论、激光制造等方向取得重大突破,牵头获国家自然科学奖二等奖 2项。

成果转化,做服务经济社会发展的先锋队

  “雷达是人类眼睛的延伸,无论是军用还是民用都值得加快创新发展。大众也许会觉得这项科技离自己很遥远,但其实在生活中很多意想不到的地方,雷达都发挥着妙用。”谈及雷达研究的重要性,第二届全国创新争先奖获得者、信息与电子学院教授龙腾颇有感触。

边坡雷达金沙江白格滑坡监测

  本文开篇提及的正是龙腾所在的信息与电子学院毛二可院士团队研发的雷达辨虫技术,在“一只虫也别想逃”的背后,凝聚了这个“老牌”雷达团队始终瞄准社会经济发展需要的潜心追求。2017年8月28日,贵州毕节纳雍发生山体崩塌。应贵州省国土资源厅邀请,学校雷达技术研究所联合理工雷科公司组建的“勇士”救援队,携带虎眼AB21型地质形变监测雷达系统(又称边坡雷达),第一时间到达滑坡现场,协助开展抢险工作。边坡雷达可实现对公路、边坡和桥梁的监测,对高速公路和公路两侧的山体滑坡、泥石流和崩塌等一系列地质灾害起到预防作用。

  “我们请医生戴上一个光学透视式头盔,同时把病人的CT或核磁共振影像处理成三维图像,给予了医生全新的视野。”光电学院王涌天教授团队为医生戴上“透视镜”,利用增强现实技术进行手术导航。2016年神舟十一号飞船在太空遨游33天,航天员景海鹏、陈冬就借助我国首套登陆太空的VR眼镜,实现与家人隔空“团聚”。这套酷炫的设备正是由王涌天教授团队联合中国航天员科研训练中心共同研制完成的。近年来,他带领团队在混合现实领域取得丰硕的成果,相关研究成果已经广泛应用于教育、培训、文化、娱乐、医疗等领域。

柔卫甲柔性防爆装置

  “在高速摄影记录下,1公斤TNT当量的炸药,套上北理工的‘柔卫甲’后,爆炸瞬间不仅所有杀伤破片被拦截,实验房间内没有一片木板被炸飞或者掉落,小屋内的窗户、冰箱、电视机、绿植均完好无损……”在央视节目中,北理工机电学院黄广炎教授带领团队研制的“柔卫甲”大显身手,以柔制“爆”。这一装备已用于全国两会、青岛上合组织会议、“一带一路”国家外警培训、亚太维和等重要活动的安全保障中,并在国内外机场、地铁、高铁、银行等重要场所广泛应用。

  争做服务社会经济建设的“先锋队”,近年来,学校积极搭建平台,促进新兴产业科技成果转化,面向“京津冀协同发展”和“长江经济带”等战略需求,围绕新一代信息技术、人工智能、大数据、新能源汽车、先进制造、先进材料、海洋科技、医工融合等方向,加快重庆创新中心、唐山研究院、前沿技术研究院(济南)等产学研合作平台建设,谋划论证与浙江、广东等地合作建设高水平研究机构,形成了以六大板块为主要支撑的对外合作崭新布局。近年来,学校不断深化科技成果转化体制机制改革,创新学科性公司新模式和成果转化服务新机制,创办学科性公司近20家,其中理工雷科、理工华创实现上市。

 

  始终坚持把论文写在祖国大地上,把科技成果应用在实现中华民族伟大复兴的伟大事业中。“十三五”以来,学校谋划发展,紧抓落实,在科技发展的道路上写下了许多精彩篇章。面向未来,学校将继续扎根中国大地,想国家之所想、急国家之所急,紧紧围绕经济竞争力的核心关键、社会发展的瓶颈制约,不断提升创新能力,攀登创新高峰,为建设世界科技强国勇立新功!

 

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