创新动力正澎湃——2014年国家科技奖获奖项目巡礼
——2014年国家科技奖获奖项目巡礼（下）
图为浪潮集团天梭K1高端容错计算机。 资料图片
周琪团队首次用诱导性多能干细胞克隆出的活体实验小鼠“小小”。 资料图片
国家科技进步一等奖“高端容错计算机”
为信息安全筑根基
记者 赵永新
“以前我们找IBM等国际巨头谈合作，都吃了闭门羹；现在是他们主动示好，找上门来谈合作。”说到这里，浪潮集团首席科学家王恩东很是感慨。
促使国际巨头改变态度的，是荣获2014年国家科技进步一等奖的“高端容错计算机系统关键技术与应用”项目，其成果结晶就是由浪潮集团自主研制的我国首台高端容错计算机——天梭K1。
高端容错计算机是指高性能、高可靠的高端服务器。作为信息化建设不可或缺的核心基础装备，它广泛应用于银行、电信、证券、保险、电力等国民经济和社会运行的关键行业。“这些关键行业的关键模块和核心数据处理模块，比如银行储蓄、证券交易、电信计费、电力调度等业务系统，都运行在高端容错计算机上。”王恩东如数家珍，“因此，高端容错计算机是驱动各个行业数据和信息流动的‘心脏’，它一旦出问题，影响非同小可。”
在天梭K1诞生之前，我国的高端容错计算机面临发达国家的技术垄断和市场垄断，银行等关键行业的核心系统和机密数据长期在国外的平台上运行，其安全隐患让人忧心。
为此，国家863计划于2007年设立了“高端容错计算机系统关键技术与应用”专项，浪潮集团勇挑重担。在王恩东的带领下，研发团队经过4年多的艰苦攻关，终于成功研制出天梭K1。
作为总设计师，王恩东对天梭K1的主要技术突破概括为“211”：2项核心技术（体系结构和容错技术体系）、1个核心部件（处理器协同芯片组）、1个Unix操作系统（K—UX），并拥有一整套自主知识产权。天梭K1最大可扩展32颗处理器，每分钟能够完成几百万次联机事务处理，可靠性达到99.9994%。它的研制成功，使中国成为继美国、日本之后第三个有能力研制32路高端容错计算机的国家。
比研发更难的，是后期的应用推广。为打消用户的疑虑，浪潮集团把“地主请到地头监工”，邀请新疆建行全程参与天梭K1的研发过程，请他们提需求、找问题。经过多年的“耳鬓厮磨”，新疆建行第一个“吃螃蟹”，把电子银行、自助服务、代收代付等关键业务系统迁移到天梭K1上。2011年8月，迁移工作顺利完成，天梭K1成功取代了IBM的进口小型机，运行非常稳定。
新疆建行的成功试水，为天梭K1打开了市场大门。截至目前，天梭K1已成功应用于银行、交通、电力等12个行业，占据了12%的国内市场份额。
2013年9月，浪潮集团主导建立了国产主机系统产业联盟，58家成员覆盖了芯片、整机、操作系统、数据库等领域，搭建起完整的国产主机产业链。不仅如此，IBM、SAP等国际巨头也主动与浪潮集团合作，其主流基础软件全面支持天梭K1。浪潮集团的高端容错计算机由此跻身全球主机产业俱乐部。
据王恩东透露，浪潮集团的下一个目标，是开发性能更高、可靠性更强的64路高端容错计算机，把国产主机自主化进程向更深层次、更广范围推进。
编辑点评
天梭K1的研制及产业化过程，生动诠释了国际产业竞争的大逻辑：没有自主的核心技术就没有核心竞争力，没有核心竞争力就没有话语权。而核心竞争力的获得，则需要勇攀高峰的决心和坚忍不拔的行动。
随着经济快速发展和信息化建设深入推进，中国无疑将会成为全球最大的数据中心市场。在这个过程中，信息化核心装备自主可控的路还很长。一花独放不是春，协同创新是正道，期待更多国内同行携手并进、协力攻关，在建设信息强国进程中交出更漂亮的答卷。
国家科技进步一等奖武汉大学“对地观测”团队
把地球看得更清楚
本报记者 赵展慧
“来之前得知我国0.5米空间分辨率的遥感卫星研制成功，幅宽25公里，而美国分辨率0.5米的同类卫星幅宽只有11—16公里。”荣获国家科学技术进步奖一等奖的武汉大学对地观测与导航技术创新团队带头人之一李德仁院士告诉记者，“我国对地观测的能力又提高了一步。”
越来越多的遥感卫星发射上天后，如何将它们用好？由李德仁、刘经南、龚健雅牵头的创新团队用30多年的技术创新成果解决了这一难题。
在核心元器件受限的情况下，“以软补硬”是他们的突破口。由于发达国家的技术封锁，我国光学卫星遥感影像直接定位精度长期以来停留在300米，与国际水平有很大差距。李德仁团队将这一精度从300米直接跨越到10米，最近又提高到5米。
“我们在世界上首创了测量误差处理与可区分理论，就是将各种原因导致的卫星定位误差区分出来并排除的理论，并且研制了遥感卫星精确定位处理系统。”李德仁说，这一理论解决了测量学中的百年难题。
团队用“软”实力提高的还有卫星定轨和导航的精度，研制了北斗及全球各类导航卫星精密定轨、定位及相应的服务系统，将定轨精度从5—10米提高到2—3厘米，水平跃居国际前三名。通过他们研发的地面增强服务系统，14颗卫星工作的北斗导航系统如今实时定位精度能够达到3—5厘米。目前，走出国门的北斗正在照亮更多区域。“我们受到了东盟国家的欢迎，因为在这一区域，北斗精度为3.4米，美国GPS卫星系统精度为7.8米，低纬度地区北斗有优势，可以收到12—14个信号，而GPS尽管有24颗星，但是在低纬度地区只能收到6—8个信号。”李德仁说，他们的目标，是2020年30余颗北斗卫星都发射升空后，在全世界实现精确定位。
从拍摄到数据传回处理完毕并送到所需地，团队让这一遥感信息的整个处理过程仅需短短30秒，提高了国家灾害处理等应急响应能力；团队坚持30年研制了“GeoGlobe”虚拟地球系统，并在此基础上搭建了国家“天地图”平台，让中国成为全球第二个能够提供数字地球系统服务的国家，将边界主张标注在世界眼前，把农村边远地区的街道房屋也都展现在老百姓眼前。团队还率先提出了遥感、卫星导航和地理信息系统集成的理论，自主研发的集成技术让物体位置姿态的时间和空间统一起来，让地球动态和街景变化能够快速更新再现。
让国产北斗芯片走入手机、实现室内导航、无人驾驶汽车上路……李德仁说，未来还有更多的目标等待他们去达成，继续用“软”实力服务于国家安全、大众民生、经济转型。
编辑点评
“必须要有”，这是李德仁创新团队谈及过去时经常说的话：我们必须要有自己的卫星导航系统，我们必须要有自己的芯片，我们必须要有自己的地理信息平台……“必须要有”，因为关乎国家安全。用自主的芯片才不会让越来越精确的定位时时被人掌握，用自己的地理信息系统才能将各行业重要的数据汇聚协同起来为社会发展、民生改善做贡献。
而今，他们说得更多的则是“必须要优”，瞄准的是全球竞争者。“从无到有”，“从有到优”，团队不断取得突破的秘诀有两个：“必须要”的勇气与信心，以及坚持走有自己特色的创新之路。相信他们的成功也将给更多科研人员带来启示和借鉴。
国家自然科学二等奖“哺乳动物多能性干细胞研究”
迎来再生医学曙光
记者 吴月辉
对于许多恶性疾病，目前传统的医疗手段已经越来越难以奏效，组织修复、器官再造等再生医学被寄予厚望。
胚胎干细胞是一类能够无限繁殖并能变成各种组织和器官的特殊细胞，为组织修复和器官再生提供了新的希望。但人类胚胎干细胞一般需要从发育的胚胎中分离，面临破坏胚胎等伦理学问题。因此，拓展新的多能干细胞来源成为世界生命科学研究与转化应用的焦点领域。
从2002年起，从法国留学回国的周琪博士便在中国科学院动物研究所组建团队，较早地开始了哺乳动物多能干细胞的建立与调控机制方面的研究。
“多能性干细胞是指可以分化为组成机体各种不同类型的组织和器官的细胞。”周琪说，目前多能性干细胞主要可以分为两类，一类是由早期胚胎细胞体外培养而获得的胚胎干细胞，另外一类是对成体细胞进行处理，使其回到具有与胚胎干细胞类似特性的诱导性多能干细胞。
由于多能性干细胞理论上可以被进一步诱导分化为组成机体的各种组织和器官，因此对于再生医学和作为细胞模型用于药物筛选等方面都具有非常重要的价值。
“人工获得的多能性干细胞与从正常受精胚胎建立的胚胎干细胞是否具有相同的发育能力，是我们团队一直关注的科学问题。”周琪说。
2006年，日本的山中伸弥研究小组成功地将分化的体细胞重新转化为诱导性多能干细胞，即iPS细胞。iPS细胞不需要破坏胚胎，有望突破胚胎干细胞在再生医学应用中面临的细胞来源和伦理等问题，因此引起了普遍关注。但是各国科学家一直无法证明iPS 细胞能够像胚胎干细胞一样发育成完整健康的动物，因此iPS 细胞是否是真正的多能干细胞一直被业界所质疑。
“我们项目研究团队用了两年多的时间，不断改进方法，建立了新的诱导方法，对数十株iPS细胞系的发育能力进行了系统评价，并不断改进方法，终于通过四倍体补偿的方法获得了完全由iPS细胞发育而成的小鼠及后代。”周琪说，“接下来，我们又对这些iPS小鼠的生长状况、生育能力进行了长期的评估，确认它们为正常健康的小鼠。”
2009年，本项目完成人周琪、曾凡一和高绍荣团队将这项成果发表在了《自然》和《细胞生物学》杂志，受到国内外科学家的普遍关注。该成果充分证明了iPS 细胞具有与胚胎干细胞相似的发育全能性，能够发育为健康的个体，为iPS 理论的完善及其在再生医学领域的应用做出了突出贡献。
此外，研究团队还发现人类体细胞重编程的一个制约因素，并建立了人类孤雌胚胎干细胞系，推动了灵长类体细胞编程与干细胞研究。
同时，研究团队也在寻找能够快速判断干细胞发育能力的分子标记。2010年，周琪团队和王秀杰团队在国际上率先找到了能够区分干细胞发育能力的分子标记物，从而能准确、快速地判断细胞的好坏。
编辑点评
周琪团队另辟蹊径，开创性地绕开了干细胞研究、应用的伦理障碍，通过“非胚胎”的第三种方式，首次获得了完全由诱导性多能干细胞（iPS细胞）发育而成的健康小鼠及后代，堪称干细胞研究的里程碑。
因为坚持，才有突破。正如周琪所说，回忆团队的研发历程，最困难的是如何能够在一个相对浮躁的环境中坚持挑战最重要的科学问题，如何面对创新性研究中可能一无所获的风险。可见，创造条件让科学家心无旁骛地坚持自己的研究，是创新驱动中一个亟待解决的共性课题。
国家科技进步一等奖301医院“器官损伤救治”团队
破解世界医学难题
吴沫涵 赵永新
在2014年国家科技奖318项获奖奖项中，有3支创新团队荣获科技进步一等奖，其中的一支，就是解放军总医院（301医院）的器官损伤与修复综合救治团队。该团队的第一带头人是中国工程院院士陈香美。
1987年，陈香美在日本做完博士后后回国，到了301医院刚刚成立不久的肾病科。她带领只有8个人的研究团队，依托不到60平方米的实验室和简陋的仪器设备，向器官损伤与修复再生这一世界难题进发。“当时我国急、慢性多器官损伤缺少有效的修复再生技术，死亡率和致残率都很高。我们白天出门诊，晚上搞研究，一做就是20多年。”陈香美笑着说，“那时候科研条件很差，我们最大的优势就是能吃苦，吃住基本都在院里，很少出医院大门。”
20多年的汗水，浇灌出累累硕果：目前团队已扩大到66人，原来狭小的实验室变成了3000平方米的三层实验楼；承担国家“973”项目、“863”课题等国家级项目142项，2次获得国家自然科学基金“创新研究群体”；发表论文及述评996篇，其中不少发表在《柳叶刀》等国际著名期刊上；主编专著20部，主持制定4部国家标准；近10年来，以第一完成单位获国家科技进步奖10项，获国家发明专利15项、实用新型专利17项，获得新药证书和临床批件并转让成果6项……
“在临床方面，我们创建了严重创伤和灾害导致多器官损伤救治的系列创新技术，解决了疑难、危重、复杂性器官损伤综合救治的国际难题；在研究方面，我们形成了系统的器官损伤修复再生机制创新理论，原创性研究成果位居国际领先行列。”陈香美说，“如今301医院肾脏病科是国家重点学科、国家医疗质量控制中心、国家重点实验室、国家临床医学研究中心，像这样‘四位一体’的科室在全国也是不多的。”
更让陈香美自豪的，是团队的研究成果在历次抗震救灾中发挥了关键作用。从2008年汶川地震、2010年玉树地震，到2013年芦山地震、2014年鲁甸地震，陈香美都是带领团队在第一时间抵达现场，挽救了无数伤员的生命。由她牵头撰写的《地震伤员病情评估和管理共识》和《挤压综合征急性肾损伤诊治的专家共识》，成为震区救治的范本。
与此同时，陈香美团队创建了我国第一个信息完整的全国透析病例登记系统，推动尿毒症加入新型农村合作医疗项目；创建了惠及全国老年人的老年多器官损伤理论及干预方法，明显提高了器官损伤患者的救治率。
采访结束时已是晚上8点多，年轻的团队成员、肾脏病科行政副主任朱晗玉送我们出门后又返回实验室。据介绍，团队成员至今还保持着“5+1”“8+X”的工作状态，每周工作至少6天，白天出门诊，晚上做研究。
编辑点评
前不久，社会上还在讨论这样一个话题：医生要不要做科研？301医院陈香美创新团队的实践给出了最好的回答：只要有扎实的临床基本功、严格的科学训练和超常的付出，一样可以做出一流的科研成果。
我国外科界前辈裘法祖院士曾经说过：如果一个外科医生只会开刀就只能成为开刀匠，只有既会开刀又会研究才能成为科学家。无论是西医还是中医，梳理其发展历史，都不难发现这样一个规律：理论研究与临床实践相互依存、相互推进，“一条腿走路”只会阻碍医学事业的发展。当然，与专门的研究人员相比，医生做科研会更累更辛苦，“5+1”“8+X”就是生动的写照。临床、研究双肩挑的白衣天使们，为你们骄傲，向你们致敬！
国家自然科学二等奖“机器人操作理论”
让机器人告别冰冷
记者 喻思娈
未来机器人将会怎样？中国科学院自动化研究所机器人理论与应用团队负责人乔红研究员带领的研究团队给出了答案。该团队“基于环境约束和多空间分析的机器人操作理论研究”，因在机器人操作上提出了一系列原创思想，获得2014年国家自然科学二等奖。
工业机器人通过“手”完成抓取、装配、定位等操作，借助灵敏的传感器，机器手能实现较高精度的操作。虽然工业级装备标准已经将误差控制在0.02—0.04毫米内，但在一些要求极高的操作中，精度仍然不够。在一次实验中，乔红发现有时候不依赖传感器反而精确度更高、更稳定。这是偶然，还是某种理论上的必然？
反复实验后，乔红发现将机器人的系统映射到另外一个空间，约束对系统形成了广泛存在的“吸引域”，可以设置出一个不依赖于传感器的精确装配、抓取和定位解决方案。就此，乔红提出了“环境吸引域”的概念、存在条件以及相应的依赖吸引域实现高精度的算法。
在进一步研究后，团队意识到要提高机器人的智能性和可靠性，不能只关注“手”，还需要有视觉与“手”的联动。为此，基于模式识别技术，研究组发现了相关的“吸引域”。乔红说，“吸引域”的理念，使我们同时关注到机器人操作时观察物体的视觉“吸引”和它运动时抓取动作的“吸引”，这就像人的活动，手和眼是融合的，而不是割裂开来的。
基于计算机算法、软件操作的机器人活动，在新情境下的反应有一定局限，而人类行为则完全不同。“以打羽毛球为例，人类每次的接发球都可能不同，但在经过一段时间练习后，虽然来球的方向和路径变化多样，我们却一般能够越打越好，同时不影响反应速度。”乔红解释说，其中很重要的一个原因是，人和机器人在学习和理解上有重大区别：人是基于神经系统认知和反应的。那么，能否研究机器人的“大脑”，并由此来实现对机器人本体的融合控制？为此，研究团队与多学科合作，开展机器人“神经计算和类人神经系统”的理论研究。研究团队希望，通过对“类人神经系统”的理解，提出如何提高机器人学习能力的理论途径。
乔红说，机器人研究的“手、眼、脑”三部分连起来，能够进一步了解机器人操作原理。“机器人未来发展的一个重要趋势是越来越接近生物，有包括认知、情绪、逻辑、动作在内的一系列类人化的特征。机器人不再是冰冷的机器，而将拥有人类的优美特性。”
乔红研究团队的研究成果已经在产业上得到验证和应用，比如，提高汽车装配机器人的精度等。但她表示，团队探索的是一个前沿理念，实现产业化还有很多工作要做。
编辑点评
作为近年来我国在机器人理论上的重要成果，乔红研究团队的工作为未来机器人发展打开了一个新的窗口，为操作和智能化发展提供了一个新的思路和理念。机器人领域研究侧重技术和应用，该成果能取得国家级自然科学奖，实属不易。
乔红研究团队取得突破，一个重要的原因是能够冲破学科的界限，想别人不敢想，做别人未曾尝试之事。机器人理论涉及信息、计算机、生物甚至心理等多学科，是典型的跨学科研究。面对陌生领域，当有人选择避难求易之时，乔红团队却带着好奇心孜孜探索，所取得的成果正是对这种科学热情的回馈。
