红外热像仪

他们扮靓智慧的“家”

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  “北斗卫星在泰国定位可精确到3—4米,美国GPS则是7—8米,北斗卫星在低纬度导航方面更具有优势。”100多套设备和2000个实时参数控制,节约了7成以上的用工,使中国排在了世界前列。

智能染色,让衣裙红飞翠舞,让你穿出科技与时尚;北斗导航,出行路线精准定位,遥感影像千里之外分毫尽显;硫系玻璃,红外热成像让光影神动;即便拆迁房屋,精确爆破也让一切更安全环保……

  不论柴米油盐还是华彩霓裳,不论影像光电还是砖木土建,不论宅居室内还是秋水长天,这次国家科技奖励大会的获奖项目,正在改变我们的生活,让我们的家充满智慧的美。

  误差区分 让遥感影像分毫尽显
长期以来,说起导航,人们首先会想到GPS。如今,这一现状正在悄然发生改变。

  北斗导航,由我国自主研发的导航定位系统,性能完全堪与GPS相媲美。在国内被迅速广泛应用的同时,已然开始走出国门,走向世界。

  由于核心元器件技术主要由国外掌控,根本不对外开放,我国对地观测与导航技术长期受制于人。在这种条件下,团队只能“以软件补硬件”。历经25年,最终在国际上首创了测量误差处理与可区分性理论,解决了测量学中的百年难题,将我国光学卫星遥感影像直接定位精度从300多米提高到10米以内,成功用于我国数十个军民光学遥感卫星,使资源三号测图精度达到国际领先水平。

  中国天地图对于社会大众有何意义?如果你来到一个陌生的城市,不知道怎么到达目的地,你在天地图中输入所在位置和目的地,就会找到最近的线路。不仅如此,不同部门,不同行业,可以根据各自需求,在天地图上开通旅游、饮食、救灾、水利等不同的专题。

  研制出“GeoGlobe”虚拟地球系统,成为“天地图”的支撑平台,使我国成为全球第二个能够提供数字地球系统服务的国家,这是他们团队的又一创举。

  提纯熔制 让硫系玻璃光影神动

  硫系玻璃,这个听起来有些拗口的词汇,其实与我们的日常生活息息相关。

  生活中,人们用手机、照相机等拍摄动态的图像已经司空见惯。然而,试想一下,如果没有光线或者是在雨雾天气,要想拍出清晰的动态图像,恐怕不是一般设备能够做到的了。这种情况下,我们就需要红外热成像仪来帮忙,而红外热成像仪镜头所用的材料正是硫系玻璃。

  硫系玻璃是一种新型的非氧化物玻璃材料,具有优良的透红外特性和较小的折射率温度系数,被视为新一代红外透镜材料,可加工成红外镜头应用于汽车夜视、安防监控、电力故障检测等民用领域,以及夜视枪瞄、红外肩扛导弹、战机夜视巡航等军用领域。

  2005年之前,我国的硫系玻璃产业基本为空白。由于军事应用的敏感性,大尺寸硫系玻璃制备关键技术被国外严格封锁。虽然我国在硫系玻璃的基础研究领域起步并不晚,但一直未能解决产业化关键技术问题。

  究其原因,硫系玻璃需要在真空石英瓶中熔制、原料痕量杂质难以消除、玻璃易析晶,且因无法机械搅拌,光学均匀性和红外透过率难以保证等,使得大口径玻璃制备尤为困难。如何破解这些难题,正是宁波大学工程学院聂秋华教授长期思考的问题。其相应成果新型红外硫系玻璃制备关键技术及应用获得此次国家技术发明奖二等奖。

  由于绝大部分硫系玻璃不透可见光,针对其缺乏有效的内部质量检测手段,以及镜头设计复杂,需综合考虑消热差、消色差和消像差因素等问题。项目组历时9年,设计出双炉膛分区温控非对称摇摆熔制设备,使140mm口径锗锑硒玻璃高光学均匀性制备难题得以解决。

  智能染色 让人工从繁琐中解放

  您身上穿的色彩斑斓的衣服,怎么染上颜色的呢?有的是材料天然颜色,有的是织布后染色,有的是纱线染色。筒子纱染色,是目前纺织界运用较多的工艺,它是在纱卷成筒的时候上色。影响筒子纱染色质量的因素很多,工序的把握,染料、筒蕊材料的好坏都会影响染色效果。一直以来,筒子纱的染色工序是人工完成,精准度低,稳定性差。且染料往往会造成水污染,如果工艺低效,污染就会加大。

  厂房里,只有十几名工人,配料、染色、平整,全都由他们自己研发的这套机器有条不紊的进行。在他们开发的筒子纱全流程自动染色生产线中,仅专门开发的精准数控装备就有23种。

  走进地面清洁的生产车间,听不到嘈杂声,一摞摞筒子纱在工位上等待着进入下一个工序;悬挂在半空中的几个机械臂沿着轨道来来往往;染缸的盖自动开启闭合;机器人在准确地抓取纱卷,或送入染缸,或从染缸中取出送往后道的脱水机和微波烘干机;移载车在轨道上来往穿梭;明亮的中央控制室里,电子显示屏实时显示着生产运行情况。

  中国技术,让筒子纱染色的用水量和废水排放减少了四分之一。目前,这项技术已经出口到全世界30多个国家,成为纺织业中为数不多的世界标杆,为国争光。

  精准爆破 让拆除工程轻松安全

  2014年底,位于武汉市硚口区的银丰片群楼采用爆破方式进行拆除,市民称“场面堪比大片”。包括高77米的宾馆和两栋9层住宅楼,在短短几秒钟时间里,就被成功爆破拆除。爆破结束后,洒水车立即赶赴现场,实施降尘作业。不到5分钟,爆破产生的大量粉尘散去。20分钟后,周围交通恢复正常。此次爆破将有害效应控制在了最小范围,拆除时间快、污染小正是爆破拆除的优势。

  目前我国每年拆除的建筑面积约为 4 亿平方米,其中爆破拆除仅占6%左右。随着我国国民经济的迅速发展,城镇化建设步伐的加快,建(构)筑物拆除工程量将进一步增多,周边环境复杂程度和拆除难度也将进一步增大,爆破拆除技术具有广阔的发展前景。因此,开展拆除工程精确爆破理论与关键技术研究,并加强其成果的推广应用具有重要的现实意义。

  这几年,国家电厂为了节能减排“上大压小”,奥运会、亚运会等活动召开需要的建筑物拆除,借高效的精准爆破技术,实现了高效、经济、安全等目标。高水平的爆破实际是成功建设的第一步。

  新的爆破和风险防控技术,确保了复杂环境下安全高效大规模开采,大幅提升了采矿量。他们的项目开创了同一矿床中露天井下协同开采的先例,破解了急倾斜矿体多采场同步规模开采、深凹露天矿高陡边坡风险防控、复杂环境下采空区精准探测等世界技术难题。

  中药开发 让传统智慧为今所用

  中药是我国独特的卫生资源。中药产业已成为我国独具特色和少数具有国际优势的产业之一。然而,中药科技基础薄弱,导致中成药功能主治模糊、制药工艺粗放、质控技术落后、过程风险管控薄弱。临床需要“好药”,产业需要“大药”,中药产业的健康发展,急需把现有品种做大做强。

  研究团队建立了基于临床循证评价的中成药临床定位技术。针对中药品种多、适应症宽泛、优势不突出等问题,建立了中成药临床定位策略与方法,即以系统评价为依据,组方分析、同类比较为基础,临床专家评估为指导,并结合小样本先导试验的结果,明确品种的特色和优势,确定临床定位,科学指导二次开发研究的方向和内容。

  另外,研究团队还构建了以系统药理学(包括基因组、蛋白质组及代谢组等组学技术)为核心的中药作用机理多层次研究技术平台,在动物、组织、细胞水平上建立了生物信息学等多元化的综合评价体系,用于研究辨识中成药作用机制。率先从网络药理学角度阐释中药多组分、多通路、多靶点、多途径整合调节机制。

  项目创建的中药制药工艺品质调控与优化技术,解决了中成药化学成分复杂,工艺参数与药品质量关系不清的难题。围绕提高中成药的质量,从制药工艺品质入手,科学设置制药工艺品质调控点及质控指标,以量化模型取代传统经验,精准控制工艺参数,显著提升了中药提取、浓缩、醇沉和层析等工艺品质,达到提高药品批次间一致性及节能减排的目标。

  项目历时8年,课题组完成了32个中成药品种二次开发,用实践证明中成药二次开发是一条投入少、见效快、驱动中药产业发展的有效途径。32个中成药,销售额过亿元品种由3个增加到12个,2013年销售额达50亿元,是开发前的4.2倍,累计销售额超过200亿元,促进了名优中成药向中药大品种的转化,促进中药制药技术的升级换代,引领现代中药研发方向。

  新干细胞 让器官再生渐行渐近

  肌肉、神经、骨骼,不同功能的细胞都是从胚胎干细胞变来的。正如老人不大可能返老还童变成婴儿一样,从一个已分化的细胞类型向干细胞转回,几乎是不可能的。但在人类的诱导下,细胞的“返老还童”就可能实现。这就是近10年来非常热门的干细胞转化研究。

  中国科学家建立的人类孤雌胚胎干细胞系,发现了卵母细胞质量是制约人体细胞重编程效率的主要因素。说通俗点,哺乳动物可以不由受精发育而来,也不是克隆出来,而是由一种本来在生殖中无用的“卵母细胞”发育而来。

  用卵母细胞来建立干细胞系统,就不必损害人类胚胎,绕过了一个阻碍研究的伦理难题。为进一步研究iPS技术在干细胞、发育生物学和再生医学领域的应用提供了技术平台。

  如果干细胞研究发展到理想境界,人们就能轻易地再生出器官,用于移植。周琪说,他们仍然在抓紧实验,希望未来能为人类健康做出贡献。到那时,许多晚期疾病和不治之症就可以用普通手术攻克了。

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