北京市自然科学基金为后端应用提供“源头”供给

2017年09月22日08:28  来源:科技日报
 
原标题:北京市自然科学基金为后端应用提供“源头”供给

  ①国际首例稳定可控的单分子电子开关器件示意图

  ②机器人自动化装配系统示意图

  ③纳米银颗粒抑制单核细胞机理示意图

  作为首都科技创新的重要推动力量,“十二五”期间,北京市自然科学基金有效发挥导向作用,积极推动基础研究紧密对接行业发展和社会需求,鼓励科技人员研究关键技术和方法,制定行业标准,促进优秀基础研究成果转化应用,为全国科技创新中心建设贡献力量。

  石墨烯材料在分子器件中的应用取得新突破

  石墨烯被公认为目前自然界最薄、强度最高、导电导热性能最强的一种新型纳米材料,它的出现已经掀起了一场颠覆性新技术新产业革命。北京市基金聚焦科技前沿,鼓励科研人员开展新型纳米材料的相关研究,为新技术新产业的发展提供不竭动力。

  设计构筑稳定可控的单分子器件,探索其与微电子工艺的兼容性,一直是分子电子学领域科学家们关注的焦点。北京大学郭雪峰教授团队在北京市基金面上项目“石墨烯导电材料在纳米/分子器件中的应用基础研究”的资助下,开展了面向未来器件研发的探索性研究,原创性地发展了以石墨烯为电极,通过共价键连接的稳定单分子器件的关键制备方法,解决了单分子器件制备难、稳定性差的难题。正是这些基础研究成果的积累,使团队最终突破了半导体器件微小化发展的瓶颈,通过功能导向的分子工程学,成功地克服了二芳烯分子与石墨烯电极间强耦合作用的核心挑战性问题,从而突破性地构建了一类全可逆的光诱导和电场诱导的双模式单分子光电子器件。这项研究工作使得在中国诞生了世界首例真实稳定可控的单分子电子开关器件,为将功能分子应用到实用电子器件中迈出了关键的一步,在未来高度集成的信息处理器、分子计算机和精准分子诊断技术等方面具有重大的应用前景。这项科学成果发表在国际顶级期刊《Science》上,并被同期配发评述认为“该研究展示了在纳米尺度上对物质的精致控制”,入选了2016年度中国科学十大进展。

  纳米银产品安全性评估取得新进展

  许多新型产品因为缺乏安全性和有效性的标准化评估,限制了它们的广泛应用。北京市基金着重引导科研人员在关系国民经济与社会发展的重要行业,制定行业标准,规范产品生产和使用,推动社会经济的持续发展。

  纳米银具有广谱、高效、持久的杀菌能力,能够加快伤口愈合且无耐药性,是当前治疗烧烫伤最有效且被普遍应用的医疗用品之一。但是临床应用发现纳米银颗粒(AgNPs)可能会从产品上脱落,通过伤口进入血液,影响血液正常生理功能,甚至对心血管系统造成潜在危害。而我国目前尚没有针对纳米银毒性、安全性的统一检查标准,同时在临床使用上也缺乏规范,因此,系统研究AgNPs毒性效应产生的机理,确定纳米银在使用过程中的安全剂量,对于AgNPs作为抗菌材料和医学诊断的安全应用具有重要意义。国家纳米科学中心陈春英研究员团队在北京市基金项目“纳米银产品的表征方法以及纳米银对心血管系统安全性的研究”的资助下,围绕纳米银相关产品的表征方法、安全性评价以及相关毒性机制展开了深入研究,建立了含银敷料中纳米银的检测与表征方法,在单细胞水平上揭示了纳米银颗粒在细胞内的化学转化过程及毒性产生机制,并建立了以应激途径为安全性评价指标的纳米银颗粒物评价新方法,提出可以通过研究纳米银产品在实际应用中的释放速率与总释放量,达到规范与控制纳米银消费品安全性使用的目标。在这些研究成果的基础上,团队已经撰写了相关指南,将形成行业标准,为规范产品生产和使用、正确地对含银敷料进行风险评估及合理有效的监管提供科学依据,对指导纳米银产品相关生产厂家的规范性生产具有重要的参考价值,对整个纳米银产品以及相关其他纳米颗粒物产品的应用与发展具有重要意义。

  机器人装配技术满足制造业“高精度”需求

  机器人技术是现代科学与技术交叉和综合的体现,先进机器人的发展是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。北京市基金瞄准机器人技术研究前沿,资助关键技术的突破,着力培养北京“高精尖”研发创新主体。

  装配工作是制造过程的最后一关。目前,汽车制造、3C制造以及空间建设都对机器人装配提出了广泛而迫切的需求。中国科学院自动化研究所苏建华副研究员团队在北京市基金“面向汽车智能制造的机器人高精度定位和装配关键技术研究”的支持下,围绕汽车制造过程中,机器人装配遇到的精准性和复杂性技术瓶颈开展深入研究。研发了汽车零部件的快速视觉识别与精确定位技术,可使机器人对特定装配目标进行稳定、快速识别。建立了满足最小工件形变和最小残留夹持应力目标的动态夹持策略,可有效避免机器人搬运或装配工件过程中产生夹持应力,造成工件变形的问题。团队还建立了在不能完全、精确感知接触信息的条件下,对配合关系复杂工件的高精度装配策略,相关工作获得了国际知名学者的高度评价。这些基础研究成果的积累为团队在工业机器人高精度装配方面的研究奠定了扎实的基础,团队与秦川机床集团合作,成功研制出装配工业机器人核心部件的机器人装配系统,目前已经上线试运行,机器人装配精度达到0.017mm,装配效率比人工提高20%。团队下一步还将针对空间飞行器在轨服务与维护任务,研究空间机器人的柔性装配作业技术,实现空间机器人的智能化作业,并将重点研究空间机器人如何通过在线学习维护动作以执行不同维护任务,为我国航天事业的发展贡献力量。

  在北京市基金的资助下,一批优秀基础研究成果转化为关键技术和方法,在行业和产业发展中具有较大的应用前景。目前,北京市基金已经同市科技计划等项目开展了深度的对接合作,“十二五”期间共有125项基金项目获得了仪器培育专项等市科技计划的进一步支持。北京市基金下一步将继续探索推进优秀基础研究成果转化应用的对接机制,促进基础研究成果的价值利用,更好地服务后端需求,持续不断地为首都经济社会发展提供“源头”供给。(柯 维)

(责编:张歌、申宁)

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