八爪鱼爬虫 钢铁“八爪鱼” 洞察水环境

电路板、传感器、测量仪……在中国科学院南海海洋研究所海洋监测技术实验室里,摆放着各式各样的仪器零部件,以及由这些零部件组装而成的测量仪样机。这些仪器有的似透明玻璃匣子,有的像“金属饮水机”,还有的形如钢铁八爪鱼,从硬件研发、软件编写到样机组装调试,都由热带海洋环境国家重点实验室女研究员李彩和她的研究团队完成。

其中水体体散射特性快速剖面测量技术、海水营养盐高灵敏度分析技术、水下光学仪器及视频摄像窗口防污染技术等达到国际先进水平,部分核心技术突破了国外垄断。

李彩是广州为数不多的、从事精密海洋仪器研发的女科学家之一,她是如何走上科研道路,掌握一项项“神技”的呢?

文/广州日报全媒体记者罗桦琳

图、视频/广州日报全媒体记者杨耀烨

专题统筹:刘文亮、罗桦琳、李天研

探海仪器:自主创新成果应用前景广泛

李彩及其团队主攻海洋光学和环境监测技术及相关仪器开发,这些项目分别被纳入国家重点研发计划,中科院A类专项,广东省、广州市重点科研项目等。

研究团队的其中一项重要成果,是自主研发的基于阵列式快速探测技术的多角度水体体散射函数剖面测量仪样机。在实验室里,李彩向记者展示了一台有8个检测探头、外形如八爪鱼的仪器,这是我国第一台多角度水体体散射测量仪,在水色遥感、近海灾害预警预告及海洋生态系统建模等领域具有广泛的应用前景。

“这个‘钢铁八爪鱼’,在我国南海、大亚湾等典型水体都曾多次服役,获取了宝贵的第一手现场实测数据。多年来经过多次改良,仪器的性能已逐步趋于稳定,未来还将根据需要对其进一步优化、拓展。”

研究团队还有另一项自主研发的重要成果——海水营养盐要素高灵敏度原位快速测量仪,它由团队自主研发拥有多项自主产权技术。李彩介绍,该仪器可以用来测量海水中的主要营养要素,对于水环境监测、水质评价,赤潮预警等有重要意义。未来,这一仪器的开发将逐渐步入产业化。

仪器研发涉及方案可行性研究、关键技术攻关、功能模块软硬件设计、仪器组装及性能测试等。从小小的组件到能在水下投入使用的仪器,过程极为复杂。李彩回忆,2009年至2010年在攻关海水营养盐在线分析仪863项目时,由于相关技术属首次探索,时间短、任务重,曾持续近一年的时间几乎无休息日的赶工,经常熬夜到凌晨两三点,从硬件设计、软件开发到化学实验分析都要自己动手。

化学分析仪器管路复杂,置于水中稍有溢漏就会功亏一篑,每一个环节都不能马虎。“过程是艰难的,但一步步踏实走过来,一个实实在在的东西按照自己的预想实现时,会觉得一切都是值得的。”

恩师相助:从数学“差生”到理工科尖子

“我小学时候成绩很一般,尤其怕数学。”性格爽朗的李彩主动说起自己的成长经历。她告诉记者,后来走上科研道路与成长过程中多位恩师的帮助分不开。“上初二时,教数学的女老师待我特别好,此时我也慢慢开窍,喜欢上了数学。后来上高中、上大学,又遇到了多位好老师,我的数学成绩一直领先。”高中毕业报考志愿时,喜爱理工科、性格粗线条的李彩同时填报了焊接工程及计算机科学两个专业,最后被西北师范大学计算机系录取。

本科毕业后,成绩优异的她被免试保送到中国科学院安徽光机所读研究生,专门从事精密仪器研发。硕士毕业后,她曾有机会投身当时被认为待遇优厚的烟草检测行业,但是在导师的劝说和中科院南海海洋所课题组的殷切期望下,最终选择了海洋科学。

“在学习和科研的路上,老师和前辈对我人生道路的选择及研究的进步给予了很大的帮助。前辈们毫无保留地将自己所得教给我,让我十分感恩。”李彩说,仪器研发过程中,虽然也有艰辛挫折,但是做出的成品看得见、摸得着、用得上,能实实在在地服务社会,那种成就感是无法比拟的。

海上科考:“翻江倒海”后继续调试仪器

出生在甘肃一片干旱山区的李彩,上高中以前连小河都没有见过,后来却选择了与大海紧密相关的职业。每次出海,严重晕船的她,肠胃如汹涌的大海在翻滚,但为了完成任务,呕吐过后依然坚持作业。

海洋仪器研发离不开出海进行仪器性能测试,少则几天,多则几十天。2004年是李彩第一次出海,也是时间最长、记忆最刻骨铭心的一次。20多天的出海任务,严重的晕船致使她无法正常吃饭,“虽然头晕呕吐到‘脱相’,但每到一个站位,还是要硬撑着跟同事一起将仪器投入海水进行测试,结束后修改调试程序,记录数据,进行仪器性能分析。

那时茫茫大海时常处于无信号的‘失联’状态,有手机通信信号的时候赶紧给家人打电话,一句话都说不出来,只剩下哭。”

精密仪器研发涉及多领域学科,研发周期长、技术要求高,需要投入大量的精力,让许多人望而却步,选择这个职业的女性更是少之又少。“传统观念认为,女性的逻辑思维能力不如男性强。除此之外,仪器研发需要干许多比如拧螺丝、器件组装等体力活,表面看来也更适合男性。

但我非常热爱我的工作,当一个仪器被投入使用时的成就感与喜悦感,对于我来说,是其他工作难以企及的。专注、细致、耐心,这些在女性身上更明显的特征,对于精密仪器研发也是非常重要的。”李彩表示。

李彩

博士,研究员,中国海洋学会海洋物理分会秘书长,广东省光电技术专家委员会委员,国家科技部、国家基金委、广东省科技计划、广州市科技计划项目评审专家。长期致力于海洋光学及环境监测技术及仪器设备的研发以及生态物联网技术及工程等研究。获广州市科学技术进步二等奖,安徽省科技进步奖、中国科学院大恒光学奖,2012年入选广州珠江科技新星。

创新感言

“仪器研发需要创新,但创新不能只停留在想法上,而是要落到实处,把创新的灵感逐步转化成一个真正的实物。从思路的初步形成,到做成实验室样机,再到投入应用,当中有一系列的难题要攻克,这是一个复杂的过程,是一场持久战,不能急于求成。作为科学仪器研发人员,不仅要刻苦攻关突破创新,还要将创新落实到产品和应用,这样才能真正实现自己的价值。”