北航清华仪器科学世界顶尖,解决不了尖端仪器被“卡脖子”问题?

未名林 2023-11-17 00:10:29

工欲善其事,必先利其器。仪器的重要性,自当不用赘述,尤其是尖端仪器,对于现代生产、科研、医疗等方面,都发挥着不可取代的作用。也正因仪器工具的重要性,我国不遗余力发展仪器科学与技术学科。

经过百年的发展,国内高校的仪器科学与技术学科建设在世界上遥遥领先,在软科世界一流学科排名中,国内高校霸榜前十强的位置。然而,就是这样的学科实力,却无法解决我们在尖端仪器领域被严重“卡脖子”的问题。

我们不禁要问一句,我们的仪器科学与技术学科实力究竟如何?

仪器科学与技术学科

仪器科学与技术,顾名思义,就是研究各类仪器仪表与生产技术的学科。仪器仪表最初只是作为测量的器皿,随着技术的发展,尖端仪器的作用越来越重要,对其研究到今天已经发展成为完整的学科。

按照目前的学科设置,仪器科学与技术学科为工业门类下的一级学科,下面设置了精密仪器及机械、测试计量技术及仪器等两个二级学科。国内大多数理工类院校都开设了仪器科学与技术学科,主要进行仪器运行、应用的理论研究,以及新技术、新材料、新工艺的研究和应用工作。

现代的仪器仪表,包括工业自动化仪表及控制系统、科学仪器、信息技术电测仪器、医疗仪器,以及各类测量仪器仪表,目前已经发展到13个大类、145个小类。

我国仪器科学与技术学科建设已经具有很高的水平,但在实际工业生产中,绝大部分国产仪器的科技水平比较落后,仅处于发达国家上世纪90年代的水平,中低档产品品种基本齐全,少数中高等产品已接近国际水平,但高端仪器远远落后。

学科建设水平

为了培养仪器仪表科技领域的高层次人才,国内高校一直在集中优势力量进行学科建设和学术研究。国内大部分理工院校都开设了仪器科学与技术相关学科,并在学科建设上取得了很好的成绩,强校众多。其中,以北京航空航天大学、清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学等院校的实力最为突出,上海交通大学、东南大学、重庆大学等院系也有显著优势。

在历次学科评估中,基本上都是北航、清华、天大和哈工大这四所院校在争夺前4强。第二次学科评估中,天大名列首位,清华紧随其后,第三次学科评估中则是北航夺得桂冠,清华次之;第四轮学科评估中,清华和北航共同获得最好的A+,天大为A,而哈工大、上海交大、东大、重大等4校为A-。

可惜的是,第五轮学科评估没有公布最终的结果,如果有,估计也是北航、清华等院校折桂。

第四轮学科评估仪器科学与技术A类学科

在这些院校中,北航、天大、哈工大等3校的仪器科学与技术为一级学科国家重点学科,清华、重大的精密仪器及机械为二级学科国家重点(培育)学科。

在第一轮“双一流”中,仅有清华、北航2个院校的“仪器科学与技术”,入选“世界一流学科”建设名单。到了2022年第二轮“双一流”中,由于清华自主确定建设名单,因此北航就成为该学科入选的唯一院校。因此,虽然国内高校开设了仪器科学与技术相关学科,但能有实力冲刺“世界一流”的院校,可能还真的不多。

不过,在“软科世界一流学科”排行榜中,却对国内高校在该学科建设的成果给了充分的肯定和极高的评价。在今年最新出炉的榜单中,国内高校占据了全球十强的位置,成为该学科的绝对霸主。不过,真实水平如何,还是值得商榷的。

2023年“软科世界一流学科”仪器科学前十强

学科实力代表高校

不管是学科评估,还是国家重点学科、“双一流”建设,都可以看出,北航、清华、天大、哈工大等院校在仪器科学与技术学科都有显著优势。下面我们来看看这几所院校的实力。

(1)北京航空航天大学

作为国内仪器科学与技术学科的实力担当,北航长期以来都是国内仪器科学人才培养和前沿技术研发的基地。学校的仪器科学与技术学科归属于仪器科学与光电工程学院,办学历史可以追溯到1952年的飞机设备教研室。目前,学院有测控与信息技术系、惯性技术与导航仪器系、光电工程系和遥感科学与技术系等4个系,以及光电技术研究所、精密仪器与量子传感技术研究所。

学院创建了“惯性技术”国防科技重点实验室、“精密光机电一体化”教育部重点实验室、“新型惯性仪表与导航系统技术”国防重点学科实验室、“量子传感技术”工业和信息化部重点实验室等国家级、省部级的高水平研究平台,由姚骏恩、房建成、冯培德等两院院士领衔,7位长江学者,5位国家杰青等国家级人才组成“超豪华”的教学与科研团队。学院科研成果丰硕,曾在2007年和2008年连续两年主持获得国家技术发明一等奖。

(2)清华大学

清华的精密仪器系办学历史悠久,源于1932年成立的机械工程系。近90年来,精仪系不断发展壮大,融合了精密仪器、机械学、光学工程等学科的优势资源,成为清华最具实力的院系之一。精仪系拥有精密测试技术与仪器全国重点实验室(与天大共建)、光盘系统及应用技术国家工程研究中心、时空信息精密感知技术全国重点实验室等3个国家级科研平台,此外还有4个省部级平台;金国藩、尤政两位院士为引领,包含18位国家杰青在内的顶尖科研团队,在这里进军国际科技前沿。

数十年来,精仪系获得了大量原创性重大科研成果,研制开发了分步重复自动照相机、图形发生器、光刻机、电子束曝光机工件台等半导体设备,研制成功国内第一颗微小卫星与第一颗纳型卫星,过去20年间累计斩获了15项国家科技奖励。

(3)天津大学

从1952年就成立的精密机械仪器专业,后来与光电子工程相关专业合并,成立了精密仪器与光电子工程学院,是天大优势显著的学科。学院人才荟萃,打造了富有创新精神的高水平人才队伍,包括姚建铨、叶声华两位院士,以及国家杰青2位,“973”计划首席科学家3人等在内,组成实力强劲的团队。

在这里,学院创建了精密测试技术及仪器国家重点实验室(与清华共建),以及5个省部级重点实验室,5个省部级工程中心,综合实力在国内名列前茅。借助这些平台,学院屡次获得重大技术突破,近五年获得国家科技发明二等奖1项,另有12项科技成果获得省部级以上大奖。

(4)哈尔滨工业大学

哈工大的仪器科学与工程学院,同样是国内仪器科学与技术学科的引领者,也是在“软科世界一流学科”排名中,连续7年问鼎全球榜首的院校。学院的精密仪器专业建立始于1952年,是国内第一个精密仪器专业;1956年成立的仪器制造系,是国内最早建系、最早成体系培养高端精密仪器人才的学科专业,后来又创办了全国第一个研究生班,为我国精密仪器领域培养了第一批学科带头人和技术领军人才。

目前,学院有专业教师110余人,其中就包含院士等国家级高层次人才和青年拔尖人才18人,多年来研制出大批高端超精密测量仪器装备,包括第一台超精密特种形状测量仪、第一台圆柱度测量国家标准装置等,累计获得国家级和省部级科技成果奖60余项。

学科实力与尖端仪器制造

就学科建设而言,国内高校在仪器科学与技术学科领域获得突出的成绩,可见,在人才培养、理论研究等领域还是十分领先的。然而,在仪器仪表的研发和实际的工业生产中,中高端的精密仪器我们是十分落后的,尤其是尖端科学仪器和医疗仪器方面,更是容易被其他国家“卡脖子”。

根据人民网的数据,我国超过90%的高端仪器依赖进口,尤其是尖端的光刻机、核磁共振波谱仪、X射线衍射仪等,国产占有率更是低得可怜。

2018年,北大核磁共振中心使用的一台布鲁克核磁共振仪发生故障,国内没有团队能修理,不得不向国外厂商发出售后要求。然而,厂商要求先先付23万元人工费才愿意派出工程师前往修理,还不保证能修好。对此,北大核磁共振中心据理力争,并声明终止合作,厂商最后才妥协答应维修。这看似“硬气”的回应,本质上是国内技不如人的无奈之举。

北大核磁共振中心

说到底,这就是国内尖端仪器研制确实落后,远远无法达到科研、医疗、生产对于高水平精度的要求。仪器科学与技术的理论到实际成果转化,还有很长的距离,希望国内的高校能在重视学科建设的同时,更加注重技术研发,早日突破技术瓶颈,摆脱被“卡脖子”的命运。

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