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段小华
中国科学技术发展战略研究院

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创建时间: 2008-07-17
最后更新时间: 2014-12-03
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日  志

破解“巴斯德象限”的中国模式

作者:   分类:产业技术研究     浏览:6220次   回复:0次  
发表时间:2012-05-28 12:19:12

 

        创新是一个复杂的过程,科学、技术、工程和产业之间并没有明确的界限。在一些前沿学科,以应用激发的基础研究既能产生突破性性科学成果,又可以随即进入产业化过程,使科学知识和商业价值合二为一,这被称为巴斯德象限的创新模式[*]。通常只有英特尔、辉瑞这样顶级跨国公司才有能力开展“巴斯德象限”式创新。深圳光启高等理工研究院(以下简称光启研究院)在超材料领域的突破性创新,是我国改革开放进程中,利用全球资源推进自主创新的成功范例,开创了“巴斯德象限”的中国模式。

1.光启研究院:超材料领域的技术创新引领者
光启研究院创立于20107月,是一个以超材料技术创新为特色的新型国际化交叉技术研究机构,也是超材料的产业化平台。光启研究院成立两年来,由5人创建团队快速发展为300余位来自近40个国家和地区的科学家队伍,汇聚了不同肤色、不同文化、跨学科、跨领域的高端人才,在超材料领域实现了重大突破性创新与产业化的无缝连接。
“超材料”是指一些具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。超材料技术(Meta-RF)是一种通过海量设计与微结构加工制备的材料逆向设计技术,可广泛应用于无线通信、航空航天、生物医疗等领域,并带来突破性创新。众所周知,自然界材料均由原子及相应电子按一定的规律排布而成,具有固定的电磁参数,不可人为改变。上世纪60年代,前苏联科学家提出了负折射率材料设想,这是一种不存在于自然界的材料特性。之后经历了漫长的探索时间。进入21世纪,由复合材料和金属微结构组成的超材料研究取得重大突破:2001年美国加州大学研究人员研发出了负折射率超材料;2006年美国杜克大学开发出隐身衣近似实验模型;2009年,杜克大学研发出新型宽频带隐身衣。
在上述研究基础上,光启研究院充分利用了超材料控制电磁波行为的特点,围绕电磁波这一核心领域,展开密集的交叉学科研究和模拟设计。光启研究院的前瞻性研究拓宽了人们对超材料的认识,为产品设计带来无限想象空间,可根据不同应用要求而改变产品形态和尺寸、减轻重量,并获得自然材料无法实现的卓越性能。
基于超材料技术,光启研究院已经设计出一系列可进入产业化应用的超材料产品。比如超材料技术超薄平板卫星天线,采用超材料空间调制薄膜技术制成仅有几毫米厚的平板天线,可以贴墙、铺地,颠覆了现有的反射面天线的设计理念,使用十分方便,接收信号也优于传统天线。20121月,光启研究院与北京广电总局开展了北京试点工程,在怀柔区的200户农村家庭安装了卫星平板天线。此外,光启研究院的其他创新性技术还有:超材料技术超性能AP无线产品、超材料技术透明电磁材料、透明电磁板材、超材料光子物联网产品等。
目前,光启研究院正在深圳建立全球第一条超材料中试基地,研发基地总面积1.7万平方米,产业化基地面积为10万平方米。中试线将分为三期建设,一期规划投入资金5000万,主要产品是超材料技术的WLAN设备、微波通讯、无线通讯、医疗器械、无线充电等。部分产品已经在辽宁广电和北京广电应用。光启研究院计划在未来3年内搭建一个融合科技研发、人才培养、科技成果转化的大型平台;未来5年建成5个国家级实验平台、开发50个超材料新产品、聚集500位世界级尖端科研人才、覆盖5000件核心知识产权。
2.战略破解:以知识产权和标准战略获取创新回报
超材料作为一种原创技术,产业链很不完整,使得光启研究院必须独立构建一个产业创新体系,从基础研究一直延伸到产业创新。光启研究院自成立之初就确定了三阶段的发展战略。首先是通过基础研究完成超大规模结构研发;其次,尽快完成底层知识产权覆盖,建立专利池为核心的技术壁垒;第三,制定产业技术标准,通过企业群裂变和上下游产业链整合,获取创新回报。力争在2015年完成主导设计,2020年前后,在中国建立对超材料产业的全球主导地位
光启研究院已经完成了第一步,第二步正在快速、稳步推进。2010年开发出60万种设计;到2011年,开发出了结构复杂度超过1亿的超材料模型。从2010年底,光启研究院启动了知识产权战略,率先在全球布局超材料相关的核心技术专利池。2011年,光启研究院申请了1179件核心专利,涵盖超材料领域的基础设计、关键器件和产品应用,占世界超材料技术专利申请的80%。仅超大规模可拼装天线技术就申请了450项专利。光启正以每周25件发明专利的提交速度,大规模地覆盖并控制底层核心专利。
3.研发破解:以交叉学科和分层研发管理破解巴斯德象限
为实现知识与商业的双重价值,光启研究院在人员配备和研发管理两方面采取了适合巴斯德象限的方式。
其一,以超材料为核心,吸纳相关专业的优秀人才进行跨学科集成创新,推动超材料产品化和商业化。光启研究院充分融合了材料科学、电子信息、生物光子、数理统计、工艺研究、微结构设计等多学科技术。核心成员均来自世界顶尖研究机构并在相关领域取得过重要科研成果,在《科学》、《物理学快报》等世界级期刊上发表学术论文120余篇。交叉学科的科研和工程人员的协作是确保光启研究院在短期内取得大量突破性成果的重要秘诀。
其二,采取并行研发管理策略,压缩不同层级的研发周期,加快产业化进程。光启研究院将应用层、材料层、结构层、工艺层这四个层级纳入同一个研发体系,分层研发管理、各层技术积累,共同推进。高端生产基地、产品设计公司与自动化设计平台数据库充分衔接,实现了技术体系与工业体系的融合。 
4.机制破解:民办公助与开放式创新
光启研究院抓住了超材料技术在产业化前期这一稍纵即逝的机会窗口,在政府支持下,利用各种资源,获得了超常规的发展。
1民办公助的公益性组织
超材料产业具有战略性新兴产业的特征,但在当前发展的起步期,又具有很强的风险性和公共性,选取符合产业规律而具有中国特色的组织架构是光启研究院得以生存和发展的首要条件。在地方政府支持下,光启研究院将自己定位成由政府、产业界和金融界共同支持的公益性、非营利性科研机构。治理结构采取理事会领导下的院长负责制,由深圳副市长担任理事长,理事会成员为政府、产业界以及研究院代表。
事实上,光启研究院作为民办公助的民营研究院,兼具企业化的科研院所与科研化企业的双重特征,其运行机制较为独特而灵活。在超材料的前期研究开发阶段,具备公益性研究机构色彩,而一旦技术熟化进入产业化阶段,它则演化为一个集研发、技术交易、产业孵化和投资为一体的产业化平台,可以剥离、衍生出一系列产品群和企业群。
2)分阶段的多元化投资体系
考虑到不同阶段的公共性差异,光启研究院有相应的投资体系。
在起步期,由社会资本和公共投入共同发起,人才引进和研发投入主要由政府项目资助。作为广东省首批引进的12支海外创新团队之一,光启研究院在成立之初获得了4000万元人才引进专项经费资助。深圳市从软件大厦中划出12000平方米作为光启研究院的实验室,政府出资进行装修,给予房租补贴,并出资购置实验设备。
在成长期,政府着力加强公共科研平台和科研条件支持。光启研究院已成功申报到一系列国家级、省级和市级重点实验室。包括1个国家重点实验室,2个省级重点实验室和11个市级重点实验室[†]
在扩张期,将以产业基金解决商业化阶段的融资问题。光启研究院的光启—松禾超材料产业基金是由国家发改委、深圳创业投资引导基金、光启资本、松禾资本等共同发起的,支持总规模约为20亿元,以推动超材料从科学概念到产业规模应用的产业化进程。
3)联合下游厂商进行开放式创新
5.启示及建议
1)整合创新链条是引导应用基础研究走向产业创新的重要途径
近年来,我国已涌现出一批民办的、企业化运作、集基础研究和产业化于一体的新兴源头技术创新机构,如北京生命科学研究院、光启研究院、新奥科技等。光启研究院作为这类创新机构的代表之一,以交叉学科和技术创新为主业,实现科学、技术与产业创新的无缝连接;采用民办民营方式,在应用基础研究方面显示出强劲的创新活力。其发展历程表明,在一些新兴领域,采取巴斯德象限的模式,以公共投入与社会投入相结合的方式,整合创新链上相关资源,组织开展重大突破性创新,是我国以市场机制集聚创新要素,推动应用基础研究走向产业创新、实现跨越式发展的重要途径。
2)以多种政策全链条协同支持是取得突破性创新的关键因素
光启研究院是在我国发展战略性新兴产业、加快产业结构调整的大背景下成长发展起来的。各级政府希望通过支持一些具备突破性创新潜力的新型研发企业,促进专利技术及自主创新成果的产出,并以高渗透性、基础性和先导性的新兴产业为突破口,带动和催生关联产业发展。为此,中央和地方政府部门在人才引进、机构注册、科研条件平台建设、研发项目安排等方面给予了光启研究院这样的新型研究机构一系列超常规、不遗余力的支持,使其在短期内建立了一个相对完整的创新链,并建立起可行的商业模式。这是市场经济条件下举国体制的又一个成功注脚。
3)应继续加大对新兴源头创新机构的支持
尽管光启研究院这类新兴源头创新组织取得了重要进展,但她是在发达国家之前尚未充分关注之前,由政府支持和引导,先行一步发展起来的[‡],发达国家依然具有反超的可能,光启研究院等机构未来依然面临很多不确定因素。为进一步扶持这类组织的发展,建议从以下几方面加大支持:一是进一步整合科技资源,积极吸纳新兴源头技术创新机构参与国家重大科技研发项目,建立国家级创新平台基地,促进研发项目、创新基地和优秀团队互动发展。二是结合科技计划管理改革,跨计划支持新兴源头创新机构开展全链条创新,针对一些原创性的、非共识项目,研究以简易程序或特定专项支持,提高支持的可及性和时效性。三是根据新兴源头技术创新机构的所处技术领域和不同发展阶段的特征,进一步研究落实各项创新政策,着重加强知识产权保护和激励政策、优秀人才团队发展政策、科技金融政策等。


[*]美国普林斯顿大学的司托克斯于1997年出版的《基础科学与技术创新:巴斯德象限》一书中,按照以实用为目标和以求知为目标两个维度,提出了四种创新模式。其中兼具以求知为目标和以实用为目标两重属性的创新模式被称为巴斯德象限式创新。之所以称作巴斯德象限,是因为巴斯德在生物学上许多前沿性基础工作的动力是为了解决治病救人的实际难题。
[†]国家级实验室:超材料电磁调制技术企业国家重点实验室;省级实验室:广东省毫米波超材料工程实验室、广东省超材料微波射频重点实验室;深圳市级实验室:人造微结构开发重点实验室、超材料制备与封装技术重点实验室、数据科学与建模技术重点实验室、变换光学与空间调制技术重点实验室、超颖射频技术工程实验室、光学与太赫兹超材料重点实验室、超材料技术光电应用工程实验室、毫米波超材料工程实验室、超材料技术生物医疗应用工程实验室、复合智能超材料工程实验室、新材料计算机辅助设计工程实验室。
[‡]超材料技术突破之后,在美国已有10年的研究积累,但美国相关机构和跨国公司并没有意识到该技术的产业化前景,因此被光启研究院抢占了先机。目前很多跨国公司已意识到这一问题的严重性,试图通过与光启研究院合作,切入这一产业,挤压光启研究院的发展空间。