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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(shí)間：2023-08-31來(lái)源：經(jīng)濟(jì)參考報(bào)

《經(jīng)濟(jì)參考報(bào)》推出經(jīng)參調(diào)查——

這些“黑科技”是怎樣煉成的？

通過(guò)記者在啟迪中德產(chǎn)業(yè)園一線(xiàn)觀(guān)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(jì)參考報(bào)》報(bào)道

“超級(jí)細(xì)胞工廠(chǎng)”如何孕育出構(gòu)建萬(wàn)物的材料？“既柔又剛”的搖臂如何在手術(shù)臺(tái)上大顯身手？

近年來(lái)，越來(lái)越多掌握“黑科技”的“專(zhuān)精特新”企業(yè)成為中國(guó)制造的重要支撐。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)已累計(jì)培育專(zhuān)精特新“小巨人”企業(yè)1.2萬(wàn)余家、專(zhuān)精特新中小企業(yè)超9.8萬(wàn)家。近期，記者走進(jìn)北京幾家掌握“黑科技”的專(zhuān)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(xì)胞里的工廠(chǎng)

一個(gè)細(xì)胞能干什么？

在北京市順義區(qū)中德產(chǎn)業(yè)園的一間實(shí)驗(yàn)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(gè)小時(shí)后，發(fā)酵罐里“長(zhǎng)”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?yàn)镻HA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(guó)、歐盟等地。

“這些乳白色的物質(zhì)是細(xì)菌菌體形成的菌落，每一個(gè)菌體都是一個(gè)‘超級(jí)細(xì)胞工廠(chǎng)’。”清華大學(xué)合成與系統(tǒng)生物學(xué)中心主任陳國(guó)強(qiáng)教授告訴記者。

2003年，陳國(guó)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在中國(guó)新疆的艾丁湖發(fā)現(xiàn)了這種“神奇微生物”：它能在幾乎無(wú)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(zhǎng)的環(huán)境下都幾乎無(wú)法存活，因此它具有天然的“免疫力”，可在開(kāi)放、無(wú)滅菌的環(huán)境下被直接培養(yǎng)。

這種超級(jí)細(xì)胞，就成為細(xì)胞工廠(chǎng)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(duì)自然不友好。用生物技術(shù)來(lái)合成人類(lèi)生活所需的工業(yè)產(chǎn)品，成為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向。

專(zhuān)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(xì)胞微工廠(chǎng)，對(duì)物質(zhì)進(jìn)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(guó)列入戰(zhàn)略型新興技術(shù)，被科學(xué)界稱(chēng)為“第三次生物技術(shù)革命”。如果用普通的微生物來(lái)制造高分子材料，就必須用嚴(yán)格無(wú)菌的環(huán)境。經(jīng)過(guò)20年研究，來(lái)自中國(guó)艾丁湖的微生物經(jīng)過(guò)20多次迭代和基因改造，終于從實(shí)驗(yàn)室走到生產(chǎn)線(xiàn)，構(gòu)建出可實(shí)現(xiàn)開(kāi)放、無(wú)滅菌、連續(xù)培養(yǎng)的超級(jí)細(xì)胞工廠(chǎng)平臺(tái)。

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

2022年，項(xiàng)目在北京順義中德產(chǎn)業(yè)園順利投產(chǎn)，“小細(xì)菌”來(lái)到新天地，得以產(chǎn)業(yè)化落地。

“和傳統(tǒng)的化工生產(chǎn)線(xiàn)相比，我們的生產(chǎn)線(xiàn)顯得過(guò)于簡(jiǎn)潔，這恰恰是優(yōu)勢(shì)。”微構(gòu)工場(chǎng)董事長(zhǎng)徐絢明指著背后的生產(chǎn)線(xiàn)向記者介紹，因?yàn)椴挥脗鹘y(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)的嚴(yán)格無(wú)菌、高壓環(huán)境，對(duì)水和能源的消耗也降低50%以上。

徐絢明介紹，除PHA外，項(xiàng)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(lài)氨酸、淀粉酶等。微生物從實(shí)驗(yàn)室中走出來(lái)，成長(zhǎng)為構(gòu)建萬(wàn)物的材料，應(yīng)用到人類(lèi)生活，最終又無(wú)毒無(wú)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(kāi)發(fā)更有效的治療骨質(zhì)疏松的藥物。

陳國(guó)強(qiáng)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。”

在肉眼不可見(jiàn)的顯微世界，合成生物學(xué)正在改變?nèi)祟?lèi)世界的未來(lái)。波士頓咨詢(xún)公司預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)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(guó)科學(xué)界和企業(yè)也在行動(dòng)。今年，由清華、北大等8所國(guó)內(nèi)高校、研究院所的16個(gè)研究團(tuán)隊(duì)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(chǎng)科技革命中踏浪弄潮。

手術(shù)臺(tái)上的搖臂

患者手術(shù)路徑被輸入“大腦”后，機(jī)器人通過(guò)一個(gè)小切口將器械置入患者體內(nèi)，精準(zhǔn)避開(kāi)患者的血管、神經(jīng)，運(yùn)動(dòng)到指定位置后打孔。一臺(tái)醫(yī)療機(jī)器人就這樣輔助醫(yī)生完成骨科手術(shù)，誤差可達(dá)微米級(jí)，精準(zhǔn)和微創(chuàng)大大降低了患者的痛苦。

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

醫(yī)療專(zhuān)用機(jī)械臂是手術(shù)機(jī)器人的核心零部件，直接決定手術(shù)機(jī)器人的操控精度和穩(wěn)定性。完成一個(gè)靈敏的機(jī)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(jī)和電路，這是機(jī)械臂成形的最小組件。不同規(guī)格的關(guān)節(jié)組成了機(jī)械臂的肩膀、手肘和手腕，再通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)和電路連接在一起，做成手臂的造型。

醫(yī)療機(jī)器人完成高精度作業(yè)的奧秘之一，就在于“手臂”定位準(zhǔn)確、操控穩(wěn)定、運(yùn)動(dòng)靈巧。

“各關(guān)節(jié)由獨(dú)立的一體化關(guān)節(jié)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，配合高度靈敏的力矩傳感器和機(jī)器視覺(jué)，在自研驅(qū)動(dòng)算法控制下，機(jī)器人操作系統(tǒng)與外部設(shè)備協(xié)同，最終實(shí)現(xiàn)‘手腦眼’協(xié)同。”公司副總經(jīng)理陳尉介紹，當(dāng)前其自研的力矩傳感器靈敏程度，相當(dāng)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(tái)足夠智能的機(jī)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(jī)器人集機(jī)器人操作系統(tǒng)、多模態(tài)感知、運(yùn)動(dòng)控制等核心技術(shù)于一身，已有100多項(xiàng)專(zhuān)利傍身，基本實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)自研。

基于此，思靈機(jī)器人已參與了多項(xiàng)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(jī)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(guò)微創(chuàng)手術(shù)一天就能下床，術(shù)后只留下幾個(gè)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(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床手術(shù)。

目前，越來(lái)越智能的機(jī)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(jī)器人、采血機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人等成為醫(yī)生的“得力助手”。

前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的報(bào)告顯示，2017年至2021年，我國(guó)醫(yī)療機(jī)器人的市場(chǎng)規(guī)模增速均在20%以上。初步測(cè)算，2022年我國(guó)醫(yī)療機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模近百億元。

這些機(jī)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(jī)器人服務(wù)的一個(gè)現(xiàn)代化智能制造工廠(chǎng)，一臺(tái)臺(tái)智能機(jī)器人在生產(chǎn)線(xiàn)上完成產(chǎn)品的組裝、檢測(cè)，這些產(chǎn)品以每小時(shí)數(shù)百臺(tái)的速度下線(xiàn)，且滿(mǎn)足產(chǎn)品良品率達(dá)到至少99.5%的要求，生產(chǎn)線(xiàn)基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化。

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

微構(gòu)工場(chǎng)、思靈機(jī)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(lái)，在國(guó)家發(fā)展改革委、北京市和順義區(qū)的整體推動(dòng)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(guó)際科技創(chuàng)新中心建設(shè)的重要平臺(tái)，以產(chǎn)業(yè)資源、市場(chǎng)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(chǎng)。