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从基础研究中获得原始创新
来源:学习时报    作者:杨中楷 梁永霞    2016-01-07 09:39:12

  李克强总理2015年8月在中科院考察时指出:“一个国家基础科学研究的深度和广度,决定着这个国家原始创新的动力和活力。”这个判断,体现出国家高层对基础研究的重视和期望。但历史经验告诉我们,基础研究并不能自发地过渡为原始创新,两者之间的鸿沟需要中间形态的科研工作来填平。

  1916年,爱因斯坦预言除了大量的自发辐射外还必然存在着少量的受激辐射,并且这种受激辐射还会进一步引发同类的受激辐射,因此可以获得受激辐射被增强的效应。查尔斯·汤斯等人继承和发展了爱因斯坦的理论,提出了利用原子、分子的受激辐射来放大电磁波的新概念,并于1954年第一次实现了氨分子微波量子振荡器,开辟了利用原子(分子)中的束缚电子与电磁场相互作用来放大电磁波的新思路,获得了首个激光专利US2929922号,引发了激光行业的出现和发展。20世纪80年代末,德国尤利西研究中心的彼得·格林贝格尔和巴黎第十一大学的艾尔伯·费尔分别独立发现了巨磁电阻效应。格林贝格尔则迅速看到了巨磁阻效应在技术应用上的重要性,1989年6月他在美国专利商标局申请了题为“具有磁性反平行偏振成分的铁磁薄层的磁场传感器”的US4949039号专利。之后在1997年,IBM技术人员帕金团队率先制造出全球首个基于巨磁阻效应的读出磁头。如今,这一技术已然成为新的产业标准。汤斯和格林贝格尔等人的科学研究,源于基础研究成果——科学理论和科学发现,具备工程技术活动的特征,却与一般的工程技术活动有所区别。正是这一类研究搭建了从基础研究到工程技术活动的桥梁,使得基础研究成果能够最终转化为原始创新成果。按照钱学森先生的观点,这一类型的科研活动属于技术科学研究的范畴。

  技术科学作为一大学科门类,有着悠久的起源和漫长的历史。系统完整的“技术科学”概念,却最早是由钱学森于20世纪中期,在总结德国哥廷根大学应用力学学派并结合自己参与创新空气动力学和创立工程控制论的经验而提出来的。50年代中期,钱学森回到祖国,提出了我国火箭导弹事业的组织方案、发展计划和具体措施,同时系统地阐释了技术科学的思想,并首次提出了“自然科学、技术科学和工程技术”三层次的观点。我国“两弹一星”的研制成功,是技术科学应用于重大工程实践、实现自主创新的典范,也是技术科学应用于重大工程实践、实现自主创新的典范。由于20世纪自然科学基础理论的重大成就成为现代技术创新的理论源泉,人们往往认为只有基础科学才具有原始创新的功能。这实际上是一个误区。因为这忽略了基础科学成果,正是通过技术科学的中介作用,才得以实现技术的突破与创新。汤斯和格林贝格尔将基础科学研究产出的科学理论和科学发现等成果转化为新的技术原理,获得了重大突破和原创性发明,进而实现了重大的原始创新,这正是技术科学原始创新功能的最好体现。

  汤斯和格林贝格尔并非个例,考察和分析2000年以来全部诺贝尔科学奖得主的专利数据,按照技术科学的中介特征和基于技术科学的发明专利作为诺奖成果的性质判据,可以发现化学领域、生理学或医学领域的诺奖成果性质大多数属于技术科学,物理学领域中基础科学和技术科学成果各占一半。可见,物理学、化学和生理学本身虽属于基础科学,依然存在着向基础研究前沿不断深化发展的领域和成果,然而其分化、交叉、拓展的趋势不断加剧,出现了更多更广泛的向技术科学、工程技术延伸转化的新领域和新成果。近年来,我国基础研究发展水平不断提升,产出了像青蒿素、铁基超导、量子反常霍尔效应等重要研究成果,如果认为做好基础研究原始创新就会自然出现,是不符合科技创新内在规律的。从目前的情况来看,青蒿素的产品主要掌握在诺华这样的外企手中;铁基超导虽然获得了自然科学成果一等奖,相关发明专利却已经被日本申请;量子反常霍尔效应的发现被杨振宁誉为是诺奖级的成果,目前仍然还处于基础研究阶段,未能进展到技术科学层次。因此,要实现从基础研究到原始创新的螺旋上升,都需要在重视基础科学研究的基础上,对技术科学研究加以重视,对相关关键环节加以完善。

  首先,要从战略上重视技术科学。原有的应用基础研究的提法,导致实际的研究结果不是偏应用,就是偏基础,中间这部分研究还是没人做,没有解决技术科学中真正的实际问题。建议在现有国家科技计划项目中加强对技术科学的支持力度,明确提出支持技术科学,加强战略研究和规划。因为我们的中长期发展规划,还是偏基础,对技术科学的重视不足。建议国家有关部门制定技术科学发展战略规划,重新确立技术科学在国家科学技术发展、提升自主创新能力中的战略地位,赋予技术科学作为一个独立部门所应有的独立的战略规划、独立的管理部门、独立的资金投入计划、独立的人才培养与分配制度,确保能更全面恰当地覆盖应该得到国家支持的技术科学重要领域。要正确认识技术科学与基础科学、工程技术的不同特点与评价标准,推动基础研究和工程技术向技术科学转化的进程,并创造条件在技术科学的基础上产出重大共性技术突破。按照技术科学的性质侧重工程技术共性规律、原理与学术价值、应用前景与潜在经济价值进行评价。合理的评价标准必然会激励广大技术科学工作者更加努力地工作,推动基础性及公益性的技术科学研究,推动引进技术的消化吸收再创新。

  其次,要注重基础性专利的获取。基础科学研究成果经常表现为科学论文,一般能够被全人类自由获取和使用。而技术科学的成果因其往往能转化和衍生出关键性和共性技术,则必须通过专利形式掌握在自己手中。基于技术科学的发明专利往往普遍具备较强的基础性,能够衍生出一系列的“子专利”,引发持续的产品与工艺创新。如果能够掌握住某个领域的基础性专利,就相当于在该领域中居于源头地位,再配合相应的战略竞争手段和基础设施条件,无疑会大大提高企业和国家的国际竞争力。上世纪50年代,中国科学家吴仲华发明了叶轮机械三元流动理论,可惜的是当时我们没有认识到它的价值,没有申请专利,青蒿素何尝不是如此。在全球化、信息化、网络化的条件下,我国有条件与其他发达国家进入同一个创新的起跑线。只要能够着力推进技术科学研究,实现从基础科学向工程技术的转化,形成原创性发明和专利,就可以在重点领域占领世界科技和产业的制高点。广大科研工作者一方面应注重自我开展应用导向的基础研究,另一方面应注意吸收国内外所有的先进基础研究成果为我所用,不断形成基于技术科学的原创性、基础性发明专利。

  再次,要加强科学家、工程师、企业家的融合。要实现原始创新成果的产出,不独需要科学家的科学研究工作,更需要工程师和企业家的技术开发工作,否则技术科学的成果只能停留在理论阶段。一则从技术原理到模型装置的实现需要关键零部件和工艺的支撑,二则从模型装置向产品的转化需要企业家精神和必要的物质条件支撑。因此,我们迫切需要像西门子、马可尼这样的集科学家、工程师、企业家角色于一身的综合型创新人才,或者通过科学家、工程师、企业家的协同创新来实现基于技术科学的原始创新。目前国际上最流行的技术科学发展模式就是将技术科学推向企业,由企业支持技术科学的研究。美国著名的贝尔实验室,就是最典型的例子。我们虽暂时不具备复制贝尔实验室模式的能力,但可以在国家指导下督促各产业部门,建立自己的行业技术科学研发中心。各研发中心都应当承担和本部门业务有关的应用基础科学的研究,管理者、研发人员、生产者、使用者一体化,共同参与行业共性技术项目攻关,明确地担负起支持技术科学发展的责任。

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