中國網/中國發展門戶網訊 1945年，萬尼瓦爾·布希（Vannevar Bush）在《科學：無止境的前沿》報告中提出了“科學發現向技術創新的單向流動”。受這一思想範式的影響，産生了由基礎科學到技術創新，再轉化為開發、生産和經濟發展的“線性模型”，並據此奠定了二戰後美國科技體制的理論基礎。1997年，司托克斯（Donald E. Stokes）在《巴斯德象限：基礎科學與技術創新》中提出了基於基礎科學和技術創新的“巴斯德象限”。其中，“波爾象限”代表純基礎研究，“愛迪生象限”代表純應用研究，“巴斯德象限”代表應用引發的基礎研究；前兩者有各自的發展軌道，而後者則是連接這兩個軌道的樞紐。實踐“線性模型”，還是應用“巴斯德象限”，是否還有其他路徑？中國科學院深圳先進技術研究院（以下簡稱“深圳先進院”）在15年的科學與産業融合發展歷程中，進行了探索、創新和發展。
新型研發機構的發展佈局
深圳先進院作為中國科學院在華南地區佈局“與國際學術接軌、與珠三角産業接軌”的公益二類事業單位，同時又是中國科學院、深圳市人民政府、香港中文大學三方共建的新型研發機構，具有投資主體多元化、管理制度現代化、運作機制市場化、用人機制靈活的特點。
深圳先進院始終堅持在國家創新體系和區域源頭創新活動中，強化心繫“國家事”、肩扛“國家責”的使命擔當，錨定國家重大需求，圍繞産業鏈部署創新鏈。在智慧機器人領域，踐行了從基礎研究到應用研究再到産業開發運用的“線性模型”，推動建立“頭雁引領群雁飛”的産業生態，實現産業集群化發展；瞄準解決“看病難、看病貴”問題和打破高端醫療設備洋品牌壟斷格局的需求導向，在低成本健康和生物醫學工程領域，實踐了“巴斯德象限”，建立了“需求方出題、科技界答題”新機制，形成各創新主體相互協同的高效強大共性技術供給體系；在合成生物學、腦科學等生命科學前沿領域，探索了“0—1—10”縱向融通重構和“10—∞”橫向跨界整合的“蝴蝶模式”，建立了科技成果“沿途下蛋”高效轉化機制，形成“科研—轉化—産業”的全鏈條企業培育模式，實現了科學與産業一體設計、一體推進。上述探索和經驗做法，入選國家發展和改革委員會全國推廣深圳經濟特區47條創新舉措。
“線性模型”的實踐
機器人是“製造業皇冠頂端的明珠”，是智慧製造的重要載體；其研發、製造、應用是衡量一個國家科技創新和高端製造業水準的重要標誌。深圳先進院2006年建院伊始，即搶先佈局機器人領域，圍繞工業機器人、服務機器人的共用核心技術模組與供應鏈資源，開展整合創新與應用示範。
創新鏈與産業鏈的節點鍛造。隨著人機交互、人工智慧、視覺伺服等技術不斷提升和需求持續增加，在智慧機器人産業鏈上游核心零部件、中游系統整合、下游整機製造與應用等環節存在千億市場規模的“藍海”。深圳先進院瞄準這片“藍海”，打造引領産業發展的未來智慧機器人研發應用體系（圖1）。基礎研究端，組建了一支由院士、會士領銜，海外知名學者、國內中青年科研人員為骨幹的230位科研人員的多學科交叉研發隊伍，圍繞感知技術、智慧決策技術、運動控制技術、多機器人協作技術等核心技術模組，開展整合創新，取得了大量前瞻性、基礎性、原創性研究成果。應用研究端，致力於智慧決策、語音識別、圖像理解、可變結構足式移動模組、機械手模組、爬壁移動、災難現場探測等核心技術的突破；自主研發了100多個樣機，有效引領了國內機器人産業向“千行百業”的應用與拓展。産業開發端，與深圳市銀星智慧科技股份有限公司、深圳市優必選科技股份有限公司等近百家機器人相關企業開展協同創新，與上海商湯智慧科技有限公司等近50家企業共建聯合實驗室合作，與企業共同研發共有專利103個；牽頭創立了中國第一個機器人産業協會及産業聯盟，會員企業達634家；推動深圳機器人總産值由2006年的5億元發展至2021年超1470億元，先後獲得國家、省、市科學技術獎及吳文俊人工智慧科學技術獎共17項。
搭建了“輔導-資本-支撐-交流”的完整4C企業孵化模式。作為國家級雙創示範基地，深圳先進院建立了中國第一個機器人孵化器，創立了中科創客學院，在4C産業領域孵化了超過10家初創企業。其中，深圳市越疆科技有限公司2021年7月獲批成為第三批專精特新“小巨人”企業，其作為桌面機械臂開創者，目前估值30多億元；鐳射雷達頭部企業深圳玩智商科技有限公司（EAI科技）于2021年第一季度宣佈完成近億元的B輪融資，其新品YDLIDAR TSA榮獲大會“艾普蘭智慧科技獎”；深圳市行知行機器人技術有限公司的爬壁機器人已在船舶、石油行業開展廣泛應用，目前已經完成2輪融資，均已步入快速發展階段。
深圳先進院充分發揮在機器人産業領域“國家隊”的引領作用，面向國民經濟主戰場，作為深圳市新一代資訊通信産業集群總促進機構，結合地方産業特色，建立“頭雁引領群雁飛”的産業生態，實現機器人産業集群化發展。
“巴斯德象限”的應用
在實際研發活動中，存在著很多最前沿的基礎研究，但這種研究同時又來源於應用研究的需要，由解決生産、生活實踐中的實際問題推動。深圳先進院突出科研活動要“頂天立地”，一方面基礎研究和前沿技術要瞄準國際一流，另一方面科研成果及轉化要接地氣，服務民生和滿足産業發展需求。
解決“看病難、看病貴”的低成本健康研發
深圳先進院針對我國基層醫療機構“業務量小、地點分散、機構規模小”的特點，以及“人員醫療技能待提高、資訊化程度低”的問題，首次提出了“低成本健康”的理念並從事相關研究。歷經15年的技術攻關與應用推廣，探索出一條具有中國特色的“低成本健康”之路（圖2）。
長期以來，由於條件有限、資源不足、隊伍不穩定等原因，很多農民面臨看病成本高、醫療條件不足甚至誤診等問題；村級衛生室的聽診器、水銀血壓計、體溫計等“老三樣”在預防和控制慢性病等複雜病情面前時常失靈。因此，只有發展低成本健康技術，讓農民能用上便宜的醫療産品和服務，農村才能真正實現“小病不出村，大病及時轉”，打造全民健康的“醫保箱”。
實現基層醫療設備由傳統“老三樣”升級成“新三樣”。在科技惠民的導向和解決“看病難、看病貴”的需求驅動下，深圳先進院在國際上首次提出並研製了面向低成本健康的低成本、高時效和高穩定健康雲平臺（Hcloud），實現了資源高效利用、生理信號資訊挖掘及血流動力學模型構建；研製了高可信、低負荷的生物醫學傳感硬體系統，突破了微流控技術、微通道技術和微試劑晶片內置技術，研發了國內首創的微流控晶片全自動生化分析儀（“3滴血，10分鐘”）等系列達到國際先進水準的高度整合、便攜、快捷的儀器設備和關鍵技術（圖3）。促進基層衛生醫療設施及服務水準的進步，實現了多參數健康檢查儀、微流控晶片全自動生化分析儀、超聲彈性成像儀等“新三樣”的智慧化、資訊化改革，建立了早期干預和預防為主的新醫療格局，有效降低了人民群眾醫療負擔和國家總體醫療成本。
面向基層醫療機構，主導了全民低成本健康“海雲工程”。該工程部署全國5萬個基層網點、覆蓋5000萬人，培訓醫生4萬人，慢病控制率提升20%，降低衛生支出、帶動低成本健康服務業産值均超百億元，促成國家衛生健康委員會在全國基層醫療機構設備升級換代。相關研究成果已經應用到新冠肺炎疫情防控、中國航太和載人深潛等國家重大任務及“一帶一路”國際合作中，並將在IT（資訊技術）+BT（生物技術）融合、生命健康、5G通信+健康等新興領域繼續發力。
打破洋品牌壟斷的高端醫療設備研發
深圳先進院面向醫療器械裝備産業和人民醫療健康需求，通過凝聚高級人才、突破醫療器械新方法和新技術、提升部件性能和系統裝備，對標醫學影像與生物醫學工程的國際前沿，著力建設國際先進水準的醫學影像裝備創新平臺，推動我國系列高端醫學影像設備産業化，服務醫療器械産業發展。
研發3.0 T磁共振成像（MRI）系統。自2001年以來，GE醫療、西門子醫療和飛利浦公司相繼推出了3.0 T磁共振成像系統，國內研發並推出1.5 T磁共振成像設備的器械企業超過了10家，而研發成功3.0 T設備的企業則寥寥無幾。針對我國高端醫療設備嚴重依賴進口、創新乏力的困境，深圳先進院與上海聯影醫療科技股份有限公司共同開展了“3.0 T磁共振成像系統”研發計劃，先後完成了快速成像軟體與電子學、譜儀、射頻功放、射頻發射線圈、梯度功放、梯度線圈和超導磁體等一系列關鍵核心技術的突破。發明瞭三維張量編碼掃描技術，研製了世界最大孔徑高場超導成像磁體，突破了業界最高功率的梯度功放部件，建立了高場磁共振整機自主製造體系，創新了頭頸聯合血管壁成像、實時心臟成像、大腦等快速成像序列和重大疾病定量診斷技術，實現了大型成像設備自主創新、國産製造和臨床應用的跨越，填補了我國高場磁共振整機製造的長期空白。研究成果先後獲得國家技術發明獎二等獎和國家科技進步獎一等獎，獲發明專利124項、授權美國專利11項；多項技術指標達到國際領先水準，獲批國家在醫療器械領域設立的目前唯一的製造業創新中心——國家高性能醫療器械創新中心。
研製腦神經調控儀器。2015年起，深圳先進院聚焦帕金森病、癲癇、阿爾茨海默病、抑鬱症等功能性腦疾病，研發以超聲為工具的物理調控技術與儀器，成功研製出世界首臺磁共振引導的萬陣元超聲輻射力深部腦神經調控儀器。該儀器已在國內外40多個高校和臨床課題組用於帕金森病、抑鬱症等腦疾病的動物及臨床前治療研究，實現8000余萬元專利轉化；並由此孵化出中科綠谷（深圳）醫療科技有限公司，推進儀器産業化。
“蝴蝶模式”的體系化探索
隨著新一輪科技革命和産業變革加速重構全球創新版圖、重塑全球經濟結構，向科學技術的廣度和深度進軍的能力已經成為世界科技強國搶佔科技創新制高點的核心競爭力之一，而實現“0—1—10—∞”的體系化探索和應用示範，則成為向科學技術的廣度和深度進軍的關鍵一步。
深圳先進院聚焦創新鏈與産業鏈深度融合的時代要求，堅持科學與産業一體設計、一體推進，在深圳光明科學城率先探索實現“0—1—10—∞”的“蝴蝶模式”（圖4）。
如圖4，以新型研究型大學為“蝶頭”、以基礎研究機構為“蝶胸”，聚焦“0—1”的原創突破，科教融合引領高品質科技人才與産業人才的培養；以重大科技基礎設施和“樓上樓下”創新創業綜合體為“蝶腹”，融通重構創新要素，助力“1—10”的産業轉化，增強科技成果轉化、孵化鏈條的韌性；以“有為政府”和“有效市場”為左右“蝶翅”，跨界整合創新創業，驅動“10—∞”的能級躍升，強化未來産業發展的核心競爭力。
科教融合，聚焦“0—1”的原創突破
受傳統高校和科研院所過分注重理論研究和學術論文發表、對科技成果的經濟社會效益不夠重視、所産生的科技成果與企業需求脫節等因素影響，我國科技成果轉化率不足30%，距離先進國家60%—70%的平均水準相差較遠。新型研究型大學強調好奇心導向，基礎研究機構強調目標任務導向，通過全面科教融合，不斷加強“從0到1”的基礎研究，促進創新擴散和聯動，協同打造科技創新策源地，下好人才培養先手棋。
創辦中國科學院深圳理工大學。科教融合是新時代新型研究型大學建設的重要特徵，也是基礎研究機構強化原始創新、整合創新和引進—消化—吸收—再創新的重要抓手。深圳先進院進一步拓展科教融合的內涵和模式，營造了總建築面積834000 m2的“新型研究型大學+基礎研究機構”的科教融合創新載體；高起點、高標準建設集科教融合、産教融合及國際化于一體的新型研究型大學——中國科學院深圳理工大學。該大學堅持學院、書院、研究院“三院一體”辦學理念，形成“文化素養、關鍵能力、知識體系”的三維人才培養體系，充分發揮新型研究型大學在自由探索、學科交叉方面的優勢，聚焦生命科學前沿領域，開設合成生物學院和生命健康學院，培養拔尖創新人才，突出“0—1”的原始創新，同時實現科教融合無縫落地。
打造創新研究院。加強對科技創新的前瞻研判，瞄準生命科學重點領域，避免低水準模倣研究、同質化競爭和“大而全、小而全”的學科發展模式，集聚智力、集聚技術、集聚國際創新資源優勢，打造綜合性、前沿性、交叉性的基礎研究機構——深圳市合成生物學創新研究院和深港腦科學創新研究院。這2個創新研究院將培養兼具探索創新精神、豐富科學實踐和符合社會發展需求的高精尖缺人才。
科産銜接，助力“1—10”的産業轉化
重大科技基礎設施作為探索宏、微觀尺度科技奧秘和極限的國之重器，已成為加快打造原始創新策源地和破解關鍵核心技術“卡脖子”問題的重要依賴；而科技成果高效轉化機制既是實施創新驅動發展戰略的重要任務，也是加強科技與經濟緊密結合的關鍵環節。
托舉生命健康的重大科技基礎設施
深圳先進院在深圳光明科學城牽頭建設總建築面積為231000 m2的合成生物研究重大科技基礎設施（以下簡稱“合成大設施”）和腦解析與腦模擬重大科技基礎設施（以下簡稱“腦設施”），這2個重大科技基礎設施兼有科研平臺屬性和産業平臺屬性。充分發揮科研平臺屬性，將助力以合成生物學、基因編輯、腦科學、再生醫學等為代表的生命科學前沿領域變革迭代；不斷增強産業平臺屬性，將為生命健康企業參與全球産業競爭提供科技基礎支撐。
科研平臺屬性。①合成大設施。旨在建設一個針對人工生命體智慧化設計及自動化鑄造的基礎大平臺，將成為全球首個將軟體控制、硬體整合與合成生物學應用進行系統整合的大型規模化合成生物研究重大科技基礎設施，為“從認識生命、改造生命走向合成生命、設計生命”提供全面支撐。合成大設施系統整合設計學習平臺、合成測試平臺、用戶檢測平臺（“三大平臺”），打造使用者的“雲端實驗室”和運營者的“智慧實驗室”。②腦設施。以腦科學與腦疾病研究發展過程中核心“瓶頸”問題和實際技術需求為重點，通過關鍵技術的原始創新能力建設和佈局，技術和設備體系整合創新和引進設備功能改造與整合再創新，打造全球首個跨物種的腦解析與腦模擬重大科技基礎設施，從而為進一步揭秘腦科學與腦健康提供重要支撐。腦設施重點建設腦解析模組、腦編輯模組、腦模擬模組（“三大模組”）。其中，腦解析模組主要建設動靜態結合、以動態為主的腦連接圖譜解析平臺；腦編輯模組主要建設跨物種模式動物平臺、基因編輯平臺和動物表型分析平臺；腦模擬模組主要建立腦神經資訊平臺。合成大設施與腦設施的三大平臺和三大模組，將成為解碼生命健康的“新坐標”（圖5）。
産業平臺屬性。重大科技基礎設施不僅對學術界共用，也對産業界開放。通過擴大並增強其産業平臺屬性，為滿足生命健康企業可驗證、可模擬、可存儲、可開發的多元融通創新創業需求，合成大設施和腦設施開發了包括大、小動物實驗平臺、測序平臺、生物資訊分析平臺、神經影響平臺、光電成像平臺、計算與數據存儲平臺等15個産學研一體化專項平臺；同時，面向全國科研機構及企業，提供設施使用諮詢、項目分析、數據評價及用戶導入服務的全國用戶中心和定制化服務中心。依託重大科技基礎設施，高效搭建創新鏈與産業鏈深度融合的通路，不斷釋放“聚才引企”效應，最大限度地激發創新創業潛能。
跨越“死亡之谷”的“樓上樓下”創新創業綜合體
深圳先進院國內首創“樓上樓下”創新創業綜合體，“樓上”，科研人員開展原始創新活動；“樓下”，創業人員對原始創新進行工程技術開發和中試轉化，推動更多科技成果沿途轉化，並開展技術成果商業化應用，從而縮短原始創新到成果轉化再到産業化的時間週期，形成“科研—轉化—産業”的全鏈條企業培育模式。
深圳市工程生物産業創新中心和光明腦科學技術産業創新中心以21000 m2的運營面積、4600萬元的共用設備、專業化的平臺管理團隊，讓“穿白大褂的”和“穿西裝的”同時出現在一棟樓裏，打破了科學與産業的時空限制，架起了科研服務産業，産業反哺科研的“雙向車道”。
“樓上樓下”創新創業綜合體突破了從基礎研究到産業轉化的週期“瓶頸”和空間“瓶頸”，有效解決了初創企業缺乏設施和技術平臺的技術“瓶頸”，為“1—10”保駕護航，讓科學和産業“兩雙巨手”跨越“死亡之谷”緊緊地握在一起。
“有為政府”與“有效市場”耦合協調，驅動“10—∞”的能級躍升
新結構經濟學理論認為，在經濟發展和轉型中形成“有為政府”和“有效市場”有機統一、相互補充、相互促進的格局是中國經濟高品質發展的關鍵。“有為政府”前瞻佈局創新生態，“有效市場”高效承載創業，二者耦合協調，驅動“10—∞”的科技創新與産業發展能級躍升；“有效市場”以“有為政府”作為前提，“有為政府”以“有效市場”作為依歸。
由於我國發展階段約束等因素影響，作為技術創新主體的企業研發能力不足，需要高校和科研機構面向市場需求、企業需求開展産學研合作，深度參與並實現“0—1—10—∞”科技創新和成果轉化的全過程。而“有為政府”發揮因勢利導作用，提供具有正外部性的公共産品與服務，集中發力於“0—1—10”的創新生態建設，為創新裝上保駕護航的“助推器”。“有效市場”塑造戰略新興産業及未來産業發展與變革的新基因，這些保持靈敏“市場嗅覺”和快速市場應變能力的新基因，將深度滲透“10—∞”的創業階段，為創業提供了釋放市場效應的“加速器”。
“蝴蝶模式”在“助推器”和“加速器”作用下，構築了“科技引企、人才引企、設施引企、政策引企”等廣泛應用場景，將産生並釋放科學産業大迴圈及財政稅收大迴圈的“蝴蝶效應”。例如，通過重大科技基礎設施導入市場需求，並投入滿足需求的研發資金，科學端的研究機構利用重大科技基礎設施，並進行智力投入和時間投入，系統解決想法驗證、技術需求、原型産品等各個環節的科學賦能問題，促進投入産出比的倍數放大和價值增值（圖6），打造基於重大科技基礎設施增值服務平臺的科學與産業成果聚變的大迴圈。同時，推動“有效市場”吸納科技成果加速市場化、産業化，快速實現具有顛覆性的産業集聚，為“有為政府”進一步佈局基礎研究和應用研究提供財稅支援保障，實現財政稅收大迴圈。
“蝴蝶模式”的系統化實踐
深圳先進院基於“蝴蝶模式”的體系化探索，進一步調動和激活全過程創新生態鏈中不同位置的科創“組件”，並在深圳“雙區”建設和“雙改”實踐中，打造科學與産業一體設計、一體推進的科學-産業集群（Science-Industry Cluster，SIC）。
基於深圳創新生態的高濃度要素聚合，以及全球競爭力的資源配置和營商環境，深圳先進院已在生命健康、醫療器械、生物醫藥、電子材料、海洋科技、人工智慧與機器人等六大重點領域，佈局和打造以知識技術的高附加值服務及相關衍生、融合産業為導向，鼓勵內生性創新和競爭的SIC。
分佈在深圳各區的六大SIC，將瞄準深圳“20+8”技術主攻方向，優化組合重大科技基礎設施、創新研究院、新型國家級創新中心、産業創新中心、中試基地、實驗基地等科創“組件”，開展以知識與技術外溢和流通的産學研合作；並且，通過孵化和篩選機制培育創新型企業，營造各類創新主體協同互動、創新要素順暢流動、創新資源高效配置的良好創新生態，邁向高品質發展的産業集群，不斷放大“10—∞”的規模效應。
圍繞SIC打造專業化産業園。借助引發學術、産業、資本廣泛討論的全國首屆腦與健康科技産業大會和中國合成生物學學術年會暨第三屆工程生物創新大會，推動腦與類腦智慧産業園（58000 m2）、合成生物産業園（35000 m2）建設具有國際影響力的專業化産業園，承載並助力科學與産業“10—∞”的創新能級大幅躍升。現已吸引合成生物産業55家企業落戶深圳（全國80余家），落戶光明科學城33家。值得一提的是，深圳先進院孵化了近10家企業；其中，通過發酵罐生産大麻和橡膠的森瑞斯生物科技（深圳）有限公司和從事癌症及新冠病毒疫苗研發的深圳市瑞吉生物科技有限公司2年內市值均超過10億。
實現高水準科技自立自強，既要厚植科技發展根基，聚焦産生重大原創性、引領性成果的關鍵支撐和技術突破，也要完善科技創新體制機制，推動科技管理和科研範式的迭代升級，適應大科學時代的“第一生産力”和“第一動力”。
深圳先進院尤其重視科學與産業的結合，並將創新創業整合到自身功能定位，堅持科學與産業一體設計、一體推進、一體服務，開展了“0—1—10—∞”的創新鏈、産業鏈、人才鏈、教育鏈有效銜接與深度融合的“蝴蝶模式”體系化探索和系統化實踐，為原始創新策源、關鍵技術突破、高水準人才培育、科技成果高效轉化的聚變反應提供了內核動力，為加快實現高水準科技自立自強探索了新的科研範式。
（作者：樊建平，中國科學院深圳先進技術研究院院長、研究員、博士生導師。中國電腦學會會士，國際歐亞科學院院士。《中國科學院院刊》供稿）