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院士说专业·笔记|尤政院士:上天下海,离不开仪器

2022-06-26   中国青年报

    中青报·中青网记者 张渺 雷宇

    测控技术与仪器,是信息时代科学技术发展的源头,是科学研究的“先行官”,工业生产的“倍增器”,国防军事的“战斗力”,国民生活中的“物化法官”。

    又是一年高考季,中国工程院院士、华中科技大学校长、中国仪器仪表学会理事长尤政在“院士说专业”节目里,给考生和家长讲解什么是测控,什么又是仪器。

    “测量是手段、控制是目标,仪器是工具。”尤政说。

    古人用司南指路,今人用卫星导航,实际上,这些都是仪器。人们用测量认识世界,用精准了解自然。仪器类专业的研究,就是掌握信息科学技术的源头。仪器类专业综合了计量、材料、机械、电子、光学、计算机、自动控制、人工智能等诸多交叉专业。

    “天文望远镜的诞生,开辟了天文学研究的新纪元;正是由于X射线衍射仪的发明,人们才认识了DNA的双螺旋结构;扫描隧道显微镜的发明,推动了纳米科技的发展。”尤政说。先进科学仪器设备,既是知识创新和技术创新的前提,也是创新研究的主体内容之一和创新成果的重要体现形式。

    据尤政解释,仪器的制造水平和对先进仪器的需求,反映了一个国家的经济发展水平。美国国家标准与技术研究院(NIST)发布的数据显示,美国的仪器产业产值约占工业总产值的4%,拉动相关的经济产值却达到总产值的66%。此外,先进仪器行业本身也是经济发展的重要组成部分,发达国家仪器行业产值通常占GDP 的5%左右。

    在科学研究活动中,科学仪器设备的作用也不能忽视,尤政向记者举了几个例子。神舟飞船在发射过程中,需要测量与控制,飞船在空间的运行也需要各种各类的仪器来进行保障。另外,我国自行设计、自主集成研制的载人潜水器蛟龙号,可以获取深海的环境的信息,“也是靠仪器来完成的”。他专门提到了华中科技大学两项成果,分别是能够测出重力常数G的重力测量仪,和能够测出人脑神经图谱的仪器。

    “截至2019年,诺贝尔物理学奖、化学奖、生理学或医学奖中,直接因科学仪器而获奖的项目总数为42 项,占12%。有68.4%的物理学奖、74.6%的化学奖和90%的生物医学奖的研究成果,是借助各种先进的科学仪器完成的。”从上天到入海,尤政说,基础研究和产业技术进步的重大进展,往往是以实验仪器和技术方法的突破为先导。

    尤政的科研团队,是国内最早的从事智能传感器与微系统技术方面研究的团队之一,在前沿科学问题、关键核心技术以及工程实践方面,都取得了许多创新成果。传感器作为“工业基石”,是各类产业赖以生存和发展的基础,作为“性能关键”,将“直接决定重大装备和整机产品的性能、质量”。

    但他坦承,我国目前是传感器的生产与应用大国,品种齐全、产量第一,已完全可以满足低端市场的需求,却还说不上是传感器强国。目前,超过60%的市场份额被国外的爱默生、西门子、博世、意法半导体、霍尼韦尔等外国巨头占据,特别是高端产品几乎全靠进口,80%的传感器芯片依赖国外。

    “我国智能传感器与微系统领域的核心关键技术发展相对滞后,中高端传感器还受制于人,已经成为“卡脖子”障碍。所以同学们,仪器类专业是一门亟待更多学子投身、发展、贡献的学科专业。”尤政感慨地说。

    在华中科技大学的校园里,选择了测控技术和仪器专业的学生,通常是以兴趣为基础,也会考虑到测控“有着不错的发展前景”,在兴趣的推动下主动去学、乐意去学。该专业的学生,本科阶段首先需要学习人文社科以及自然科学类的通识类课程,专业类课程主要包括了由电子信息,精密机械,光学工程以及计算机及控制理论等等。学生们还能根据自己的兴趣,选择不同研究方向的课程,比如传感器技术、智能仪器及精密仪器,以及光学工程等方向的课程。

    尤政提到,测控技术和仪器专业或许会让学生觉得,“学得比较苦”。那是因为这个专业涉及的知识面“特别宽”。很多本科专业的专业课程,往往在大四之前就已经学完了,但测控技术和仪器专业的学生,在大四阶段也还在上专业课。但尤政也强调,求学阶段的苦,是为了将来的甜。学生们毕业以后就进入了黄金时代,对社会需求的适应性都非常好。

    “这是一个顶天立地的专业,你既可以做基础研究,钻研科学,也可以做一个服务社会的工程师,研究你所需要的产品。”用尤政的话来说,测控技术和仪器专业出来的学生,到了社会上,通常都会“供不应求”,这是一个“万金油”专业,很多行业“都需要我们去发挥作用”。

    “在仪器类专业,你可以满怀美好的憧憬,利用你发明研制的先进仪器,探索人脑与自然的奥秘、改造世界、创造美好生活。同学们,仪器类专业欢迎你。”尤政说。