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「大师风范」赵淳生:研制“超声电机”的“超人”

来源:《中国高新科技》期刊社    时间:2021-01-12    

  大师档案:

  赵淳生中国科学院院士、南京航空航天大学教授、机械工程专家。1938年11月生于湖南衡山,1961年毕业于南京航空学院飞机系,1984年获法国巴黎高等机械学院工程力学博士学位,2005年当选为中国科学院院士。代表著作:《机械振动参数识别及其应用》(合著,科学出版社,1989)、《超声电机技术与应用》(科学出版社,2007)、《UltrasonicMotors:TechnologiesandApplications》(SciencePressBejingandSpringer-VerlagBerlinHeidelnerg,2011);发表学术论文400多篇;共获国家级、省部级科技奖励20余项,其中国家技术发明奖二等奖2项、四等奖1项,国家科技进步奖三等奖1项,国防专用国家级科技进步奖三等奖1项,中华优秀出版物图书奖1项。曾荣获江苏省十大杰出专利发明人、南京市十大科技之星。2014年,获何梁何利基金“科学与技术进步奖”、美国VirginiaTech.“能量收集材料和系统中心(CEHMS)”颁发的“超声电机技术杰出贡献奖”和IWPMA(InternationalWorkshoponPiezoelectricMaterailsandApplicationsinActuotors)颁发的“压电超声电机领域终生成就奖”。2015年荣获“全国先进工作者”称号。

  1938年11月,赵淳生出生在湖南衡山一个贫穷落后的山村。1岁多时,父亲参加革命,不久,在革命斗争中英勇牺牲。9岁那年,母亲因病离世。他与祖母相依为命,靠砍柴、放牛生活。在党组织的支持下,赵淳生读完了小学。这位少年立下誓言,要一辈子努力报答祖国的恩情。解放后,赵淳生在政府帮助下上了中学,他学习刻苦、成绩优异。1956年,赵淳生考上南京航空学院飞机系,大学毕业后留校任教。他一方面从事繁忙的教学,另一方面做机械振动方面的研究。那时,年青的他看到国内用的电动式激振器全依赖进口,便下定决心,要制造出属于中国人自己的电动式激振器。1981年,赵淳生到法国留学。经过3年苦读,获得了法国的工程力学专业博士学位。普罗特拉公司想留他在法国工作,他婉言谢绝了。1984年4月25日博士论文答辩结束后,就即刻动身回到祖国。他说,把学到的知识报效祖国,这是我工作的最大动力。1992年,赵淳生在美国做访问学者时,对“超声电机”的研究产生了极大的兴趣,此后的20多年里,他潜心研究超声电机技术并取得重要突破,成为我国第一个成功研究电动式激振器与超声电机的科学家。

  挑战“超声电机”新领域

  超声电机,就是利用压电陶瓷的逆压电效应激励起定子在超声域的微幅振动,通过定子的共振放大和定子、转子间的摩擦传递,转换成转子(或动子)的旋转(或直线)运动,以实现对负载驱动的电机。在这种新型微特电机中,压电陶瓷材料盘代替了传统电机内的许多铜线圈。超声电机应用范围广,包括航空航天、智能装备、惯性核聚变点火工程、超精密光学系统、生物工程和医疗器械等。优点是响应快、体积小、无电磁干扰。

  在研究超声电机之前,赵淳生在科研上已硕果累累。早在20世纪60年代,赵淳生看到国内所用的“电动式激振器”都从国外进口时,就一头扎进了“电动式激振器”的研制中,最终靠着一股子拼劲,在张阿舟教授指导下,先后研发出4个系列的国产电动式激振器,填补了国内空白,打破了国外垄断,并成功进入国际市场。这些激振器被广泛应用于我国的火箭、飞机等高端装备的振动实验中。

  1988年,他编译出版了《工程师机械振动学》,1989年与同事合著《机械振动参数识别及其应用》等专著,发表了上百篇学术论文。

  1992年,54岁的赵淳生在美国麻省理工学院做访问学者时,一个偶然的报告让他彻底转变了研究方向。

  报告题目“超声电机的发展和应用”,这项技术是对传统电机的挑战,可以使电机做得足够小,小到只有“米粒”大,这样的微型电机甚至可以进入人的血管中。赵淳生敏锐地意识到,超声电机由于轻便、微型、响应快、控制精度高等特点,可广泛应用在机器人、航空航天、精密定位仪等诸多领域,未来将对我国大有用处。于是,他便毅然决然地转向超声电机这一全新课题。凭借振动专业背景,他如愿成为麻省理工学院航空航天系超声电机课题组一员。课题组讨论、设计、试验,他全程参与;查找、复印超声电机各种资料,他是积极分子;工资节省下来的资金全部用于购买相关资料和元器件。白天在实验室,晚上和假日在女儿家地下室继续工作,用女婿在网上购买的旧仪器做超声电机研发试验。

  一年后,一直惦记着“要搞中国人超声电机”的赵淳生不顾家人的阻止,带着五大包资料,于1994年10月独自回到中国,回到南京航空航天大学振动工程研究所。回国后的赵淳生从系里借了15000元,买了台电脑和简易的打印机,带着1名博士后、1名博士生和1名硕士生,开始向超声电机的目标发起“冲刺”。

  调整研究方向,对50多岁的赵淳生来说并非一帆风顺。赵淳生的“老底”是振动工程及其应用,并非超声电机。凭借已经取得的成果,赵淳生就足以舒舒服服地享受人生了。但他不想就此停步,而是要在不断创新中寻找到更高目标和人生价值。在经历多次失败后,他与团队成员越挫越勇,在不到10个月的时间里取得了突破,一台被称为“行波型超声电机”的原型机诞生了,从而填补了我国在该领域的空白。

  如今,他及团队已经研制4个系列的60多种超声电机,申请有关超声电机技术国家发明专利近400项,其中已授权国家发明专利200多项。这些超声电机中的一部分已应用于“嫦娥三号”“嫦娥四号”、智能系统等高端装备,打破了国外在超声电机领域的技术垄断,填补了国内空白。


  意志坚强的超人

  在人生的历程中,赵淳生遇到了一般人没有经历过的磨难。

  20世纪80年代初,在法国举行的学术会议上,赵淳生眼见翻译员把“随机振动”译成了“随着飞机振动”,决心自学法语。一年苦学,他基本掌握了法语,获得赴法留学的机会。可就在出发前不久,家里发生了一场悲剧。那是1981年,赵淳生带领12岁的小女儿去学校。经过一段狭窄路面时,小女儿被身后一辆自行车撞倒,还没等爬起来,又被快速驶来的大卡车碾过,经抢救无效死亡。那段时间,赵淳生对事业的执着有些动摇。“淳生,你去法国吧,家里有我。”妻子王凤英明白丈夫心中的痛,“你不是常说,要终身为强国奋斗吗。”妻子的话让他醒悟。赵淳生连夜收拾行囊,次日便登上了去法国的飞机。

  丧女之痛没有摧毁赵淳生的意志,他负痛前行,短短三年间,赵淳生获得法国巴黎高等机械学院工程力学博士学位,回到祖国开始了他的科研教学。

  2000年,在他研制超声电机最关键的时候,身体亮起了红灯,在学校组织的例行体检中,医生发现他肺部异常,10天后确诊为肺癌。

  在“谈癌色变”的年代,赵淳生面对病魔的降临头脑却依然保持冷静,心中出奇平静。除了身边唯一的侄女外,他没有将病情告诉他人,甚至没有通知在国外的妻子和女儿。但消息还是传到了大洋彼岸的妻、女耳中,她们立即从美国飞回中国,来到赵淳生的病床前,失声痛哭,他却面带微笑,从容地说:“癌症不等于死亡!”

  在手术中,赵淳生的一叶肺被切除,接下来痛苦的化疗更是常人难以忍受的考验。然而祸不单行,3个月后,医生复查时发现他的胃外部还有一个鸭蛋般大小的肿瘤,必须立即切除。于是,第二次手术切除了他2/3的胃。

  当时,赵淳生已经年过六旬,在如此短的时间内连续做了两次手术。但即使如此,躺在病榻上的他依然想着超声电机。

  第一次手术刚结束不久,他就在病床上撰写国家自然科学重点基金项目研究建议书和国家自然科学面上基金项目《精密小型直线超声电机及其控制技术的研究》的申请书等;第二次手术后,每天由妻子搀扶着去实验室指导学生实验,后来干脆让研究生把实验设备搬到家里。对此,他的女儿十分心痛,有一次毫不客气地质问:“爸爸,您要命,还是要超声电机?”而赵淳生果断地回答:“两个我都要!”

  4个月内2次开刀,6次化疗,赵淳生瘦了26斤,走到了死亡边缘。

  坚强的意志和乐观的精神战胜了病魔,不懈的努力和创新的天赋终于换来了丰硕的成果,赢得了党和人民的赞誉和尊重。2003年,他主持完成的“新型超声电机技术”获国防科技奖一等奖,2004年获国家技术发明奖二等奖。2005年,67岁的他当选为中国科学院院士。2015年4月被评为全国先进工作者,参加了在北京人民大会堂举行的“2015年庆祝五一国际劳动节暨表彰全国劳动模范和先进工作者大会”,受到党和国家领导人的接见。


  攻克产业化的难关

  经过二十多年的艰苦奋斗,赵淳生及其团队获得3个国家级科研平台和2个省、部级科研平台;撰写的中、英文版专著《超声电机技术和应用》获得学术界同行高度赞赏,在全世界发行,其中英文专著在美国售价超过1000美元;除获得国家和省部级多项科技奖之外,还获得了美国VirginiaTech.“能量收集材料和系统中心(CEHMS)”颁发的“超声电机技术杰出贡献奖”和IWPMA(InternationalWorkshoponPiezoelectricMaterailsandApplicationsinActuotors)颁发的“压电超声电机领域终生成就奖”。他所带领的科研团队在国内超声电机方面处于领先地位,在国际上占有一席之地。

  然而,赵淳生深知,研究超声电机的根本目的在于应用,有应用和市场,研究才能接地气,才有意义和生命力。他也深深懂得,创新成功并不能代表创业成功,掌握一项技术是一回事,但真正推向市场则面临更多的风险和挑战。连一次性尿布,这样看似普通的产品,宝洁公司从开始研发到投入市场,也花了整整10年时间。在超声电机走向产业化的过程中,所遭遇的各种困难也是始料未及的。

  从2002年起,赵淳生开始转让专利和样机,相继将超声电机技术转让给广州、上海等地的一些企业,但都由于技术难度太大而宣告失败;2008年,他的团队和投资人合办了“江苏连云港春生超声电机有限公司”,最后以失败告终;2011年,当南京市科研“九条”政策出台以后,他立即响应市政府的号召,自筹130万元资金,在南京市建邺区注册了“南京万玛超声电机有限公司”,还是以失败告终;2012年,“南京万玛超声电机有限公司”与一家房地产公司在南京市六合区注册了“江苏丰科超声电机科技有限公司”,仍旧以失败告终。

  转化失败并未使赵淳生“失望”。创业路上,虽败犹荣,意味着重生。“从“春生”到“万玛”,再到“丰科”,为推动超声电机产业化,几次办公司而失败的经历并没能让赵淳生停下脚步。2016年底,赵淳生发动他所在的精密驱动与控制研究所全体人员共同来办公司,23个自然人,共筹集400万元现金,在江宁区注册了“南京淳控声电机研究院有限公司”,以此作为赵淳生团队股份平台,于2017年1月,和南京航空航天大学资产经营公司共同在南京江宁区注册了“南京航达超控科技有限公司”。公司在产业化的道路上完全采取新的模式运作,研究所负责研发,解决深层技术的问题;生产方面借助社会力量完成;“南京航达超控科技有限公司”则负责装配、测试等关键环节,以及少量新型样机研发。

  这是在吸取以往的经验和教训基础上的又一次新的探索,也标志着赵淳生在产业化的道路上又迈出了新的一步,迎来了期待已久的“超声电机产业化的春天”。现公司经营状况良好,超声电机大有供不应求之势,2018年初和年底还先后获得“南京江宁顶尖专家支持计划”和“江苏省高新技术企业”荣誉称号。

  “创业这块硬骨头比创新还要难啃,但我同样会坚持不懈,因为我们国家太需要既能创新又能创业的人才了。我是科学家,是国家一手培养起来的,我责无旁贷。”为了推动我国超声电机技术和产业化继续向前发展,2016年赵淳生还组织了一个“超声电机技术国家标准起草小组”,并亲自指导这个小组起草了我国首个“超声电机技术国家标准”,充分总结和体现了他及团队近十年来在超声电机设计、实验和全国各单位使用经验。2018年5月在成都召开的国家标准制订会上初步审查通过。根据专家们的审查意见,赵淳生发动团队全体人员又作了认真、细致的修改。并于2018年12月18日在广西柳州举行的“全国微电机标委会年会暨国家标准审查会议”上通过。已于2019年12月10日由国家质量监督总局和国家标准化管理委员会发布,将于2020年7月1日实施。

  2019年9月11日,在浙江温州举行的“第七届国际传感技术峰会”上,赵淳生声情并茂地讲述了自己的人生成长经历,曲折的创新故事,特别是他的神奇作品“超声电机”。他说,“嫦娥三号”上装配有我带领团队研发的超声电机,这个超小型的微特电机只有46g。我国是全世界把超声电机用到外星球上去的第二个国家,美国用到了火星探测器上,而我们用到了月球车上。

  我非常自豪,我们团队研发的超声电机能助力我国探月工程的顺利实施。憧憬未来,他信心满满:“目前我们正在建设超声电机智能化生产线,要在南京生产出成千上万的超声电机,打进、占领国际市场。同时,我们已完成超声电机国家标准的制定,正努力推动形成超声电机的世界标准,为实现超声电机的‘中国梦’,为建设科技强国、航天强国提供最有力的支撑。”

  老骥不停蹄,银发壮豪情。年逾八旬的赵淳生不仅在创新的征途上取得了丰硕成果,而且培养了数名博士硕士,并联合发起成立了“赵淳生科技奖励基金”,用于支持在超声电机研究方面做出贡献的青年学子和研究人员。今天,在科技产业化的舞台上,赵淳生更是信心百倍,他和团队与相关企业等加强协同,在克服产业化进程中的难题和障碍中不断前进。

本文刊发于《中国高新科技》杂志2020年第7期

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