“科苑名匠”蒋海波：致力于为科研人员提供攻坚利器

所谓工欲善其事，必先利其器，在科学探索中也是如此，仪器设备的进步，有助于让科研人员探索更多科学信息，以推动人类科技的进步。

古往今来，有许多专注于“器”的研究人员，中国科学院成都生物研究所正高级工程师蒋海波就是其中的一位。近期，他还获得了第五届中国科学院“科苑名匠”荣誉称号。“作为工程人员，我们的首要任务就是为他们提供专精特新、能够有效攻坚关键科学问题的利器。”采访中他如是说道。

蒋海波在介绍植物根系全生命周期无损监测装置

近日，封面新闻记者对话蒋海波，了解到当下他在中国科学院成都生物研究所工作11年有余，研发的根系无损观测体系已经为诸多科研人员提供了便利，“大概有十几个研究团队都在用我们的根系表型无损检测设备，有团队还借助我们的设备发表了论文。”

研发这类技术，让科学家“看清”根系与根际

根系及其周边的根际对农作物至关重要，它们的情况与作物的产量、抗逆境能力、固碳能力等息息相关。研究作物的根系、根际对于深入理解它们与土壤的相互作用、农业育种、优化作物生长条件等方面都具有重要意义。

作物的根系往往位于土壤中，如何在不破坏根系与其周边环境的情况下进行研究，是一道难题，而蒋海波团队研发的根系无损观测体系则给出了优秀的解答。

具体而言，在系统开展根系表型无损观测技术研发的过程中，蒋海波团队研发了多套根系无损成像装备，针对厘米尺度根系成像的地表浅层高精度三维探地雷达成像系统，针对微米尺度的高通量多尺度体表微观自动成像系统，目前该团队创新性地将合成涡旋物理场高分辨成像技术运用到植物根系成像中，让科研人员能在植物生长的原位获得其高分辨率的根系图像；另一方面还研发了植物根系全生命周期无损监测技术，实现了根际微生物、分泌物等复杂因子的无损监测。

当下，这些技术全部实现了转移转化，为农业育种、植物学、生态学研究提供了全新的技术装备。蒋海波举例，比如植物根系全生命周期无损监测设备，不仅可以用来探究植物固碳的机理，也能用来研究植物在抵御旱灾涝灾或是遭遇重金属时，根际微生物的分布变化、代谢产物等信息，还能为相关的农业育种工作提供试验数据支撑。

此外，蒋海波表示，合成涡旋物理场高分辨成像技术是一类底层公共技术，不仅可以用在根系的研究上，面向人民健康安全，可以用在乳腺癌早筛方面；面向市政安全，可以用在地下管网等检测；面向生态环境研究，可以用在冰川、沙丘、海岸检测等方面。比如，其中的一个专利就转化给了一个公司做乳腺癌筛查的设备。而且这项技术已经在G7主要国家进行布局，获得了欧盟、美国、英、法、德、意、荷、韩国等地区和国家的授权发明专利，有望在将来将装备产品输出至国外。

学科交叉 催生植物根系观测设备新思路

了解蒋海波团队根系表型无损观测技术成果背后的故事，能看到学科交叉与科技创新的重要性。

当下科研人员利用蒋海波团队的设备做植物根系的原位研究

据蒋海波介绍，目前，全球主流的植物根系探测设备的技术大多基于核磁共振、CT等医学成像技术。如果走这种路线，一方面开发出的设备体积大，科研人员没办法便捷地将设备带到野外做原位研究，另一方面，相关技术专利也由国外的公司机构掌握，设备研发成功后难以在中国实现市场化推广。于是，蒋海波团队开始考虑走一条全新的技术路线。

2018年，在参与电子科技大学宫玉彬教授关于涡旋电磁场的课题组讨论时，蒋海波获得了灵感：在从前，电磁场技术已应用于探地雷达成像，这或许意味在探查地里植物根系时，这一技术也能派上用场。由于传统探地雷达成像技术方案，涡旋电磁波的频率与最终成像的分辨率相关，一般而言波长又决定了其电磁波的穿透能力，如果电磁波的波长较短，就无法穿透较深土壤，到达要探测的植物根系处。因此，他们需要解决的问题就是如何在波长较长、能够保证穿透性的情况下，提高分辨率。于是，得到启发的蒋海波很快开展了将涡旋电磁场用于植物根系成像的研究，证实了猜想的可行性。

起初，他们想通过增加装置上的天线阵列，形成更多模式数的涡旋场来提高成像的分辨率。但这种方案，需要非常多的天线阵列，会致使整个根系探测装置体积较大且成本较高。随后，在蒋海波的不断思考中，“合成涡旋场”的构想就出现了，“它的原理其实很简单，我们只用使用较少的天线，让它围绕着目标以一定的角度旋转、改变位置，并对相关参数进行调控，就能获得更多待测目标信息，而这些信息整合起来，经过处理就能生成分辨率更高的根系图像了。”蒋海波解释道。

后来，依托于电子科技大学丰富的器件加工资源，蒋海波和宫玉彬的团队花费3年时间，终于一起完成了合成涡旋场高分辨成像技术的原型系统。

从“IT”到“BT”的跨界选择

“我希望能解决生物学在发展过程中，每个科研人员遇到的技术难题、实验难题、软件难题等。”蒋海波在采访中说道。

蒋海波在介绍实验室中的设备

值得一提的是，当下为生物领域研究人员提供了诸多好装备的蒋海波并非毕业于生物类专业，“10年前我就觉得IT和BT应该交叉融合。”当时电子科技大学计算机软件与理论专业毕业的他作出了一个跨专业的选择，进入生物所工作。

“如果我停留在计算机学科领域，可能赚钱的地方很多，但也可能因此无法静下心来仔细思考这个学科的真正需求。同时，我也就没有机会接触到如此多的生物学家，更无法深入了解他们的实际需求是什么。”对此蒋海波解释道。

从熟悉的领域，进入一个新的领域工作，往往存在“跨越失败”的风险。采访中记者了解到，蒋海波能取得当下的成功，除了他自身的努力，和所处的环境也密切相关。

蒋海波团队获得的专利

“从其他学科跨入生物领域时，生物所给予了我非常大的支持，包括科学院的支持。这对于学科交叉至关重要，因为没有一个好的环境，工作就难以顺利展开。而且我觉得我们中国科学院成都生物所有一个非常好的特质，那就是包容性，对新的事物、新的方向给予了非常大的包容。”蒋海波说道，基于此，他才有机会去探索计算机科学与生物科学交叉的研究。

一个爱读散文的工科生

“新时代的科技工作者，要做就做点难的。”

“知屋漏者在雨下”

“柳暗花明，应该是勤奋带给我们的。”

蒋海波在采访的过程中，还不时引经据典，妙语连珠，完全不像是人们刻板印象中的工科生。原来，在工作之余，蒋海波喜欢看书，尤其喜欢看散文。

“我最喜欢看的散文，是20世纪二三十年代作家们的散文。”蒋海波在提到鲁迅、郁达夫、等大师所写的作品，简直是如数家珍，“我买过一个系列的书，叫做中国新文学大系，从他们的笔端可以感受那个时代知识分子的道德文章和家国情怀。”

蒋海波喜欢鲁迅弃医从文、以唤醒国民为己任；喜欢笔端细腻深沉的朱自清，敬佩他拒领嗟来之食，“为什么我眼里常含泪水，因为我爱这土地爱得深沉”。在新的时代，站在新的历史起点上，蒋海波时常想，自己作为一个科技工作者应该怎么做，才能不辜负这个时代，尽可能多做一点创新性工作。

不仅如此，蒋海波还从书本中汲取了勤思考、善联想的技术创新路径，将其用在了技术研发当中。他在日常生活中经常对一些技术要素进行联想思考，想它有可能在哪个方面进行应用，又有可能和哪些技术要素进行联系。“我之前读过《特斯拉传》，里面提到特斯拉就很喜欢进行无实物的思考，在进行具体实验和加工制作之前，在脑子里已经把它过得七七八八了，反复来回地过，把细节什么的都尽可能的想清楚，之后再进行实物的加工和系统地试验。”