颠覆传统 标新立异

——永磁悬浮人工心脏发明人 钱坤喜

在当今科技迅猛发展的时代,颠覆性技术无疑是推动各领域实现突破创新的关键力量。新质生产力的提出为自主创新、颠覆性创新技术指明了方向。

所谓颠覆性技术,必须具备至少两个条件:首先,这项技术是前所未有和举世无双的;其次,这项技术始终被传统观念和认知排斥否定的。此类技术往往能够突破传统技术的限制,开拓全新的发展方向,带来令人惊喜的变革与进步。但永磁悬浮技术作为此类技术的典型范例,却被长期认为是不稳定的,因此没有实际的应用价值。

钱坤喜教授作为该领域的杰出代表,经过四十余年的专研,在理论和技术上均证明了永磁悬浮轴承的可稳定性,打破了近两百年来“永磁悬浮不能稳定”的错误观念,并在人工心脏离心式血泵、透平机和无人潜艇样机上的应用均取得了正面效果,充分彰显了永磁悬浮技术的巨大潜力。

永磁悬浮技术将引导一场新的“机械革命”

1839年,英国学者恩孝在理论上证明了任何永磁悬浮系统在静态及无非永磁力作用时均不稳定,致使人们放弃了对永磁悬浮技术的深入研究,转而投向复杂且成本较高的电磁悬浮技术。但永磁悬浮在动态或有非永磁力参与作用下是否可以稳定,恩孝并没有给出证明或者结论。所以拿恩孝理论来否定永磁悬浮的稳定性在科学上是不严谨的。

永磁悬浮离心式心脏泵实图

研究发现,永磁悬浮旋转体存在一个独特的转速 —— 过渡转速。该转速是理解旋转体稳定性的关键分界点。当旋转体转速低于过渡转速时,各种力无法达到平衡,导致旋转体不能稳定旋转,使旋转体与周围部件之间产生摩擦、碰撞。轻则降低旋转体的工作效率,重则对设备造成损坏,影响其使用寿命和性能;而当旋转体转速高于过渡转速时,旋转变为稳定状态,此时多种力协同作用,使旋转体能够规则地围绕轴线转动,从而为高精度设备或陀螺仪等设备提供可靠运行保障。永磁悬浮离心式心脏泵,价格仅电磁悬浮同类装置的1/10,病人用的起,医保付得起,有望逆转目前有价无市的困境。最新的研究表明,相吸型永磁悬浮比相斥型稳定性更好。

钱坤喜(右二)为到访的中国工程院院士团队展示永磁悬浮人工心脏离心式血泵

作为新的 “机械革命”,永磁悬浮技术在众多行业都能发挥出极大优势。应用在人工心脏泵中,能使其核心部件在无接触状态下悬浮运转,没有摩擦损耗,降了血栓形成的概率,显著提升人工心脏泵的可靠性和稳定性;与此同时由江苏大学设计、苏州申华低温成套设备有限公司和江苏大学机电总厂等联合研制的永磁轴承透平机,已成功进行满负荷试验,转速初步达到了2万转/分钟。永磁悬浮旋转体达到一定转速后可稳定悬浮产生陀螺效应,在动态下旋转越大、转速越高越稳定,为永磁悬浮机械的完善和产业化奠定基础。此外,永磁悬浮技术应用到无人潜艇模型中后,发现噪音可以从原本的八十分贝降低至四十分贝。这为提升潜艇隐蔽性与作战效能,增强国家海洋军事威慑力具有重要意义。

永磁悬浮技术的传承难题与发展瓶颈

当前科技界对颠覆性技术的原创精神重视不足,部分团队或个人急于获取成果,以至于抄袭模仿他人成果的现象时有发生。这种行为违背了科研的基本道德准则,既不能让原创技术得到应有的关注与支持,又不利于科技生态的健康发展。过去的四十多年里,永磁悬浮技术始终未能得到足够重视。多次申报项目旨在寻求认可与资源支持,以推动技术进一步发展,却遭遇诸多阻碍。在评审时,恩绍原理依旧被当作衡量依据,使得永磁悬浮技术的稳定性被继续否定。这让永磁悬浮技术在发展道路上错失了不少宝贵机遇。

钱坤喜的论文壁报在美国人工内脏学会年会上受到关注

相反,美国和日本两国早已敏锐地捕捉到了这些成果所蕴含的巨大潜力,他们以钱坤喜教授的前期研究为基石,积极投入资源进行深入开发,现已成功研制出相关成品且广泛应用于医疗场景之中,有的还被引进国内市场,在全球医疗科技竞争格局中占据了一席之地。然而,反观我国,尽管拥有原创性的科研成果源头,却在后续的转化应用环节滞后,目前不得不依赖他国的成品来满足相关医疗需求。

此外,永磁悬浮技术还面临着传承无路、自生自灭的困境。一方面,由于缺乏足够的项目支持和资源投入,对年轻科研人才吸引力不足,导致人才难以全身心投入研究;另一方面,缺乏完善的传承机制,相关技术资料和研发经验难以有效传承,面临散失风险。若任由这种情况持续,那么前期的研发投入很可能付诸东流,导致我国在这一前瞻性、颠覆性技术领域逐渐落后,失去国际竞争优势。更重要的是,依赖该技术有望获得救治的患者将失去希望,这对整个社会而言无疑是较大损失。

共同努力 推动永磁悬浮技术发展

永磁悬浮技术面临的问题不应被忽视,因为它是成为我国科技实现弯道超车、在该领域引领全球发展的重要力量。希望与有条件有意愿推广永磁悬浮应用者合作,特别是急需解决自身产品轴承问题者协作。于个人而言,钱坤喜教授立志在国内实现人工心脏研究突破。四十多年来主持完成了两项国内和境内重点科研项目,发表论文300余篇、申请专利20余件,为国内人工心脏的进一步发展和落地应用提供了有力支撑。于他人而言,每个有良心的科技工作者和管理者都应共同努力,摒弃不良风气,优化项目评审机制。通过设立专项课题、开设相关课程、组建科研团队等方式,助力永磁悬浮等颠覆性创新技术突破困境,实现应有的价值。(赵晓宇)