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启迪园区丨经参调查:北京中德产业园里这些“黑科技”是怎样炼成的?

发布时间:2023-08-31来源:经济参考报

《经济参考报》推出经参调查——

 

这些“黑科技”是怎样炼成的?


通过记者在启迪中德产业园一线观察


展现企业科技创新能力和广阔发展潜力

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▲ 8月29日《经济参考报》报道

 

“超级细胞工厂”如何孕育出构建万物的材料?“既柔又刚”的摇臂如何在手术台上大显身手?

 

近年来,越来越多掌握“黑科技”的“专精特新”企业成为中国制造的重要支撑。数据显示,我国已累计培育专精特新“小巨人”企业1.2万余家、专精特新中小企业超9.8万家。近期,记者走进北京几家掌握“黑科技”的专精特新企业,一窥他们的科技创新能力和广阔发展潜力。

 

细胞里的工厂

 

一个细胞能干什么?

 

在北京市顺义区中德产业园的一间实验室里,科研人员把乳白色的物质加入装有淀粉的大型发酵罐中。40多个小时后,发酵罐里“长”出了大量粉状的可用于生产塑料薄膜的pha(聚羟基脂肪酸酯)材料。

 

3d打印玩偶、感光衣……pha制作而成的制品能广泛应用于生物材料、纺织、农业和医药等领域。因为pha在海水和土壤中都可快速自然降解,目前这一产品已经出口到美国、欧盟等地。

 

“这些乳白色的物质是细菌菌体形成的菌落,每一个菌体都是一个‘超级细胞工厂’。”清华大学合成与系统生物学中心主任陈国强教授告诉记者。

 

2003年,陈国强领导的科研团队在中国新疆的艾丁湖发现了这种“神奇微生物”:它能在几乎无水、200克/升盐浓度、温差近100度的极端环境下生存。任何其他微生物在它生长的环境下都几乎无法存活,因此它具有天然的“免疫力”,可在开放、无灭菌的环境下被直接培养。

 

这种超级细胞,就成为细胞工厂的绝佳“生物底座”。

 

人们生活中大量的塑料、服饰、医疗等产品,大都由传统化工产业生产,不仅高耗能、耗水,而且不易降解,对自然不友好。用生物技术来合成人类生活所需的工业产品,成为未来产业发展的重要方向。

 

专家介绍,合成生物学是生物学、工程学、化学和信息技术等相互交叉融合的新兴领域,科学家借助基因编辑技术改造生物体,使生物体成为高效细胞微工厂,对物质进行定向、高效、大规模的加工转化。因此,合成生物学被多国列入战略型新兴技术,被科学界称为“第三次生物技术革命”。如果用普通的微生物来制造高分子材料,就必须用严格无菌的环境。经过20年研究,来自中国艾丁湖的微生物经过20多次迭代和基因改造,终于从实验室走到生产线,构建出可实现开放、无灭菌、连续培养的超级细胞工厂平台。

 

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▲ 在北京微构工场生物技术有限公司中试车间,工作人员查看配料罐的工作情况

 

2022年,项目在北京顺义中德产业园顺利投产,“小细菌”来到新天地,得以产业化落地。

 

“和传统的化工生产线相比,我们的生产线显得过于简洁,这恰恰是优势。”微构工场董事长徐绚明指着背后的生产线向记者介绍,因为不用传统化工产业的严格无菌、高压环境,对水和能源的消耗也降低50%以上。

 

徐绚明介绍,除pha外,项目目前还能生产医药原料四氢嘧啶、化合物3-羟基丙酸、赖氨酸、淀粉酶等。微生物从实验室中走出来,成长为构建万物的材料,应用到人类生活,最终又无毒无害回归自然。

 

pha的应用还不止于此。目前,科学家已经将pha的一种产物——3-羟基丁酸(3hb)送上了太空,研究开发更有效的治疗骨质疏松的药物。

 

陈国强教授介绍:“我们将在太空微重力环境中研究3hb的成骨作用,为研制新的预防骨质疏松药物,提供可能。”

 

在肉眼不可见的显微世界,合成生物学正在改变人类世界的未来。波士顿咨询公司预测,到本世纪末,合成生物学手段将广泛应用在占全球产出1/3以上的制造业。

 

中国科学界和企业也在行动。今年,由清华、北大等8所国内高校、研究院所的16个研究团队与16家合成生物产业链上下游企业联合发起的“合成生物技术与智能生物制造创新联盟”在北京成立,将在这场科技革命中踏浪弄潮。

 

手术台上的摇臂

 

患者手术路径被输入“大脑”后,机器人通过一个小切口将器械置入患者体内,精准避开患者的血管、神经,运动到指定位置后打孔。一台医疗机器人就这样辅助医生完成骨科手术,误差可达微米级,精准和微创大大降低了患者的痛苦。

 

过去的机器人很“刚”,能搬能抬,能抓能握;现在的机器人更“柔”,剥蛋壳、打针、缝合伤口等精细活儿都不在话下。这些灵巧聪明的机器人是怎样生产出来的?记者在北京市顺义区中德产业园的一家机器人工厂找到了答案。

 

医疗专用机械臂是手术机器人的核心零部件,直接决定手术机器人的操控精度和稳定性。完成一个灵敏的机械臂并非易事。巴掌大小的关键零部件精密排布着编码器、减速机和电路,这是机械臂成形的最小组件。不同规格的关节组成了机械臂的肩膀、手肘和手腕,再通过数据线和电路连接在一起,做成手臂的造型。

 

医疗机器人完成高精度作业的奥秘之一,就在于“手臂”定位准确、操控稳定、运动灵巧。

 

“各关节由独立的一体化关节单独驱动,配合高度灵敏的力矩传感器和机器视觉,在自研驱动算法控制下,机器人操作系统与外部设备协同,最终实现‘手脑眼’协同。”公司副总经理陈尉介绍,当前其自研的力矩传感器灵敏程度,相当于“感知一只蚊子落在手臂上的力道”。

 

拥有灵活敏捷的“手臂”和“身体”还不够,一台足够智能的机器人必须具备聪慧的“大脑”。

 

基于10多年的技术沉淀,思灵机器人集机器人操作系统、多模态感知、运动控制等核心技术于一身,已有100多项专利傍身,基本实现核心技术自研。

 

基于此,思灵机器人已参与了多项骨科手术、神经外科手术、腔镜手术,并将基础研究延伸至脑机接口应用领域。

 

“以前做完脊柱手术患者要10多天才能下床,现在经过微创手术一天就能下床,术后只留下几个口径数毫米的小孔,减少了术后并发症的发生。”陈尉表示,思灵已与多家医院、高校合作完成多项动物实验及临床手术。

 

目前,越来越智能的机器人广泛应用到骨科、神经外科、康复科等,胶囊内镜机器人、采血机器人、护理机器人等成为医生的“得力助手”。

 

前瞻产业研究院的报告显示,2017年至2021年,我国医疗机器人的市场规模增速均在20%以上。初步测算,2022年我国医疗机器人市场规模近百亿元。

 

这些机器人还为工业、农业、教育及服务等生产生活提供服务。在思灵机器人服务的一个现代化智能制造工厂,一台台智能机器人在生产线上完成产品的组装、检测,这些产品以每小时数百台的速度下线,且满足产品良品率达到至少99.5%的要求,生产线基本实现无人化。

 

创新技术不断迭代,数字化应用场景需求更多元,政策环境驱动为我国医疗机器人快速发展提供了广阔空间。2020年以来,广东、河北、上海、浙江等多地出台政策支持外骨骼机器人产业的发展;北京、上海等地将手术机器人纳入医保范畴。

 

微构工场、思灵机器人等企业是北京中德产业园高质量发展的缩影。近年来,在国家发展改革委、北京市和顺义区的整体推动下,北京中德产业园立足新阶段,贯彻新理念,构建新格局,全力打造成为北京国际科技创新中心建设的重要平台,以产业资源、市场金融、配套服务为支撑,服务园区企业科技创新和成果转化,让更多中小企业走向市场。

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