院士說專業·筆記|尤政院士:上天下海,離不開儀器

院士說專業·筆記|尤政院士:上天下海,離不開儀器

中青報·中青網記者 張渺 雷宇

測控技術與儀器,是資訊時代科學技術發展的源頭,是科學研究的“先行官”,工業生產的“倍增器”,國防軍事的“戰鬥力”,國民生活中的“物化法官”。

又是一年高考季,中國工程院院士、華中科技大學校長、中國儀器儀表學會理事長尤政在“院士說專業”節目裡,給考生和家長講解什麼是測控,什麼又是儀器。

“測量是手段、控制是目標,儀器是工具。”尤政說。

古人用司南指路,今人用衛星導航,實際上,這些都是儀器。人們用測量認識世界,用精準瞭解自然。儀器類專業的研究,就是掌握資訊科學技術的源頭。儀器類專業綜合了計量、材料、機械、電子、光學、計算機、自動控制、人工智慧等諸多交叉專業。

“天文望遠鏡的誕生,開闢了天文學研究的新紀元;正是由於X射線衍射儀的發明,人們才認識了DNA的雙螺旋結構;掃描隧道顯微鏡的發明,推動了奈米科技的發展。”尤政說。先進科學儀器裝置,既是知識創新和技術創新的前提,也是創新研究的主體內容之一和創新成果的重要體現形式。

據尤政解釋,儀器的製造水平和對先進儀器的需求,反映了一個國家的經濟發展水平。美國國家標準與技術研究院(NIST)釋出的資料顯示,美國的儀器產業產值約佔工業總產值的4%,拉動相關的經濟產值卻達到總產值的66%。此外,先進儀器行業本身也是經濟發展的重要組成部分,發達國家儀器行業產值通常佔GDP 的5%左右。

在科學研究活動中,科學儀器裝置的作用也不能忽視,尤政向記者舉了幾個例子。神舟飛船在發射過程中,需要測量與控制,飛船在空間的執行也需要各種各類的儀器來進行保障。另外,我國自行設計、自主整合研製的載人潛水器蛟龍號,可以獲取深海的環境的資訊,“也是靠儀器來完成的”。他專門提到了華中科技大學兩項成果,分別是能夠測出重力常數G的重力測量儀,和能夠測出人腦神經圖譜的儀器。

“截至2019年,諾貝爾物理學獎、化學獎、生理學或醫學獎中,直接因科學儀器而獲獎的專案總數為42 項,佔12%。有68。4%的物理學獎、74。6%的化學獎和90%的生物醫學獎的研究成果,是藉助各種先進的科學儀器完成的。”從上天到入海,尤政說,基礎研究和產業技術進步的重大進展,往往是以實驗儀器和技術方法的突破為先導。

尤政的科研團隊,是國內最早的從事智慧感測器與微系統技術方面研究的團隊之一,在前沿科學問題、關鍵核心技術以及工程實踐方面,都取得了許多創新成果。感測器作為“工業基石”,是各類產業賴以生存和發展的基礎,作為“效能關鍵”,將“直接決定重大裝備和整機產品的效能、質量”。

但他坦承,我國目前是感測器的生產與應用大國,品種齊全、產量第一,已完全可以滿足低端市場的需求,卻還說不上是感測器強國。目前,超過60%的市場份額被國外的愛默生、西門子、博世、意法半導體、霍尼韋爾等外國巨頭佔據,特別是高階產品幾乎全靠進口,80%的感測器晶片依賴國外。

“我國智慧感測器與微系統領域的核心關鍵技術發展相對滯後,中高階感測器還受制於人,已經成為“卡脖子”障礙。所以同學們,儀器類專業是一門亟待更多學子投身、發展、貢獻的學科專業。”尤政感慨地說。

在華中科技大學的校園裡,選擇了測控技術和儀器專業的學生,通常是以興趣為基礎,也會考慮到測控“有著不錯的發展前景”,在興趣的推動下主動去學、樂意去學。該專業的學生,本科階段首先需要學習人文社科以及自然科學類的通識類課程,專業類課程主要包括了由電子資訊,精密機械,光學工程以及計算機及控制理論等等。學生們還能根據自己的興趣,選擇不同研究方向的課程,比如感測器技術、智慧儀器及精密儀器,以及光學工程等方向的課程。

尤政提到,測控技術和儀器專業或許會讓學生覺得,“學得比較苦”。那是因為這個專業涉及的知識面“特別寬”。很多本科專業的專業課程,往往在大四之前就已經學完了,但測控技術和儀器專業的學生,在大四階段也還在上專業課。但尤政也強調,求學階段的苦,是為了將來的甜。學生們畢業以後就進入了黃金時代,對社會需求的適應性都非常好。

“這是一個頂天立地的專業,你既可以做基礎研究,鑽研科學,也可以做一個服務社會的工程師,研究你所需要的產品。”用尤政的話來說,測控技術和儀器專業出來的學生,到了社會上,通常都會“供不應求”,這是一個“萬金油”專業,很多行業“都需要我們去發揮作用”。

“在儀器類專業,你可以滿懷美好的憧憬,利用你發明研製的先進儀器,探索人腦與自然的奧秘、改造世界、創造美好生活。同學們,儀器類專業歡迎你。”尤政說。