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啟迪園區(qū)丨經(jīng)參調(diào)查：北京中德產(chǎn)業(yè)園里這些“黑科技”是怎樣煉成的？打印

發(fā)布時間：2023-08-31來源：經(jīng)濟參考報

《經(jīng)濟參考報》推出經(jīng)參調(diào)查——

這些“黑科技”是怎樣煉成的？

通過記者在啟迪中德產(chǎn)業(yè)園一線觀察

展現(xiàn)企業(yè)科技創(chuàng)新能力和廣闊發(fā)展?jié)摿?/p>

▲ 8月29日《經(jīng)濟參考報》報道

“超級細胞工廠”如何孕育出構(gòu)建萬物的材料？“既柔又剛”的搖臂如何在手術(shù)臺上大顯身手？

近年來，越來越多掌握“黑科技”的“專精特新”企業(yè)成為中國制造的重要支撐。數(shù)據(jù)顯示，我國已累計培育專精特新“小巨人”企業(yè)1.2萬余家、專精特新中小企業(yè)超9.8萬家。近期，記者走進北京幾家掌握“黑科技”的專精特新企業(yè)，一窺他們的科技創(chuàng)新能力和廣闊發(fā)展?jié)摿Α?/p>

細胞里的工廠

一個細胞能干什么？

在北京市順義區(qū)中德產(chǎn)業(yè)園的一間實驗室里，科研人員把乳白色的物質(zhì)加入裝有淀粉的大型發(fā)酵罐中。40多個小時后，發(fā)酵罐里“長”出了大量粉狀的可用于生產(chǎn)塑料薄膜的PHA（聚羥基脂肪酸酯）材料。

3D打印玩偶、感光衣……PHA制作而成的制品能廣泛應(yīng)用于生物材料、紡織、農(nóng)業(yè)和醫(yī)藥等領(lǐng)域。因為PHA在海水和土壤中都可快速自然降解，目前這一產(chǎn)品已經(jīng)出口到美國、歐盟等地。

“這些乳白色的物質(zhì)是細菌菌體形成的菌落，每一個菌體都是一個‘超級細胞工廠’?！鼻迦A大學(xué)合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心主任陳國強教授告訴記者。

2003年，陳國強領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊在中國新疆的艾丁湖發(fā)現(xiàn)了這種“神奇微生物”：它能在幾乎無水、200克/升鹽濃度、溫差近100度的極端環(huán)境下生存。任何其他微生物在它生長的環(huán)境下都幾乎無法存活，因此它具有天然的“免疫力”，可在開放、無滅菌的環(huán)境下被直接培養(yǎng)。

這種超級細胞，就成為細胞工廠的絕佳“生物底座”。

人們生活中大量的塑料、服飾、醫(yī)療等產(chǎn)品，大都由傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)，不僅高耗能、耗水，而且不易降解，對自然不友好。用生物技術(shù)來合成人類生活所需的工業(yè)產(chǎn)品，成為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

專家介紹，合成生物學(xué)是生物學(xué)、工程學(xué)、化學(xué)和信息技術(shù)等相互交叉融合的新興領(lǐng)域，科學(xué)家借助基因編輯技術(shù)改造生物體，使生物體成為高效細胞微工廠，對物質(zhì)進行定向、高效、大規(guī)模的加工轉(zhuǎn)化。因此，合成生物學(xué)被多國列入戰(zhàn)略型新興技術(shù)，被科學(xué)界稱為“第三次生物技術(shù)革命”。如果用普通的微生物來制造高分子材料，就必須用嚴格無菌的環(huán)境。經(jīng)過20年研究，來自中國艾丁湖的微生物經(jīng)過20多次迭代和基因改造，終于從實驗室走到生產(chǎn)線，構(gòu)建出可實現(xiàn)開放、無滅菌、連續(xù)培養(yǎng)的超級細胞工廠平臺。

▲ 在北京微構(gòu)工場生物技術(shù)有限公司中試車間，工作人員查看配料罐的工作情況

2022年，項目在北京順義中德產(chǎn)業(yè)園順利投產(chǎn)，“小細菌”來到新天地，得以產(chǎn)業(yè)化落地。

“和傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)線相比，我們的生產(chǎn)線顯得過于簡潔，這恰恰是優(yōu)勢?！蔽?gòu)工場董事長徐絢明指著背后的生產(chǎn)線向記者介紹，因為不用傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)的嚴格無菌、高壓環(huán)境，對水和能源的消耗也降低50%以上。

徐絢明介紹，除PHA外，項目目前還能生產(chǎn)醫(yī)藥原料四氫嘧啶、化合物3-羥基丙酸、賴氨酸、淀粉酶等。微生物從實驗室中走出來，成長為構(gòu)建萬物的材料，應(yīng)用到人類生活，最終又無毒無害回歸自然。

PHA的應(yīng)用還不止于此。目前，科學(xué)家已經(jīng)將PHA的一種產(chǎn)物——3-羥基丁酸（3HB）送上了太空，研究開發(fā)更有效的治療骨質(zhì)疏松的藥物。

陳國強教授介紹：“我們將在太空微重力環(huán)境中研究3HB的成骨作用，為研制新的預(yù)防骨質(zhì)疏松藥物，提供可能?！?/p>

在肉眼不可見的顯微世界，合成生物學(xué)正在改變?nèi)祟愂澜绲奈磥?。波士頓咨詢公司預(yù)測，到本世紀末，合成生物學(xué)手段將廣泛應(yīng)用在占全球產(chǎn)出1/3以上的制造業(yè)。

中國科學(xué)界和企業(yè)也在行動。今年，由清華、北大等8所國內(nèi)高校、研究院所的16個研究團隊與16家合成生物產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)聯(lián)合發(fā)起的“合成生物技術(shù)與智能生物制造創(chuàng)新聯(lián)盟”在北京成立，將在這場科技革命中踏浪弄潮。

手術(shù)臺上的搖臂

患者手術(shù)路徑被輸入“大腦”后，機器人通過一個小切口將器械置入患者體內(nèi)，精準避開患者的血管、神經(jīng)，運動到指定位置后打孔。一臺醫(yī)療機器人就這樣輔助醫(yī)生完成骨科手術(shù)，誤差可達微米級，精準和微創(chuàng)大大降低了患者的痛苦。

過去的機器人很“剛”，能搬能抬，能抓能握；現(xiàn)在的機器人更“柔”，剝蛋殼、打針、縫合傷口等精細活兒都不在話下。這些靈巧聰明的機器人是怎樣生產(chǎn)出來的？記者在北京市順義區(qū)中德產(chǎn)業(yè)園的一家機器人工廠找到了答案。

醫(yī)療專用機械臂是手術(shù)機器人的核心零部件，直接決定手術(shù)機器人的操控精度和穩(wěn)定性。完成一個靈敏的機械臂并非易事。巴掌大小的關(guān)鍵零部件精密排布著編碼器、減速機和電路，這是機械臂成形的最小組件。不同規(guī)格的關(guān)節(jié)組成了機械臂的肩膀、手肘和手腕，再通過數(shù)據(jù)線和電路連接在一起，做成手臂的造型。

醫(yī)療機器人完成高精度作業(yè)的奧秘之一，就在于“手臂”定位準確、操控穩(wěn)定、運動靈巧。

“各關(guān)節(jié)由獨立的一體化關(guān)節(jié)單獨驅(qū)動，配合高度靈敏的力矩傳感器和機器視覺，在自研驅(qū)動算法控制下，機器人操作系統(tǒng)與外部設(shè)備協(xié)同，最終實現(xiàn)‘手腦眼’協(xié)同。”公司副總經(jīng)理陳尉介紹，當前其自研的力矩傳感器靈敏程度，相當于“感知一只蚊子落在手臂上的力道”。

擁有靈活敏捷的“手臂”和“身體”還不夠，一臺足夠智能的機器人必須具備聰慧的“大腦”。

基于10多年的技術(shù)沉淀，思靈機器人集機器人操作系統(tǒng)、多模態(tài)感知、運動控制等核心技術(shù)于一身，已有100多項專利傍身，基本實現(xiàn)核心技術(shù)自研。

基于此，思靈機器人已參與了多項骨科手術(shù)、神經(jīng)外科手術(shù)、腔鏡手術(shù)，并將基礎(chǔ)研究延伸至腦機接口應(yīng)用領(lǐng)域。

“以前做完脊柱手術(shù)患者要10多天才能下床，現(xiàn)在經(jīng)過微創(chuàng)手術(shù)一天就能下床，術(shù)后只留下幾個口徑數(shù)毫米的小孔，減少了術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生。”陳尉表示，思靈已與多家醫(yī)院、高校合作完成多項動物實驗及臨床手術(shù)。

目前，越來越智能的機器人廣泛應(yīng)用到骨科、神經(jīng)外科、康復(fù)科等，膠囊內(nèi)鏡機器人、采血機器人、護理機器人等成為醫(yī)生的“得力助手”。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的報告顯示，2017年至2021年，我國醫(yī)療機器人的市場規(guī)模增速均在20%以上。初步測算，2022年我國醫(yī)療機器人市場規(guī)模近百億元。

這些機器人還為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育及服務(wù)等生產(chǎn)生活提供服務(wù)。在思靈機器人服務(wù)的一個現(xiàn)代化智能制造工廠，一臺臺智能機器人在生產(chǎn)線上完成產(chǎn)品的組裝、檢測，這些產(chǎn)品以每小時數(shù)百臺的速度下線，且滿足產(chǎn)品良品率達到至少99.5%的要求，生產(chǎn)線基本實現(xiàn)無人化。

創(chuàng)新技術(shù)不斷迭代，數(shù)字化應(yīng)用場景需求更多元，政策環(huán)境驅(qū)動為我國醫(yī)療機器人快速發(fā)展提供了廣闊空間。2020年以來，廣東、河北、上海、浙江等多地出臺政策支持外骨骼機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；北京、上海等地將手術(shù)機器人納入醫(yī)保范疇。

微構(gòu)工場、思靈機器人等企業(yè)是北京中德產(chǎn)業(yè)園高質(zhì)量發(fā)展的縮影。近年來，在國家發(fā)展改革委、北京市和順義區(qū)的整體推動下，北京中德產(chǎn)業(yè)園立足新階段，貫徹新理念，構(gòu)建新格局，全力打造成為北京國際科技創(chuàng)新中心建設(shè)的重要平臺，以產(chǎn)業(yè)資源、市場金融、配套服務(wù)為支撐，服務(wù)園區(qū)企業(yè)科技創(chuàng)新和成果轉(zhuǎn)化，讓更多中小企業(yè)走向市場。