“我是研究人工智能的,做了很多年机器人,我想我们可以操作一个很小的零件,那么也可以操作细胞,细胞有很多功能,操作细胞更具有挑战性。”从此,南开大学人工智能学院院长赵新教授便开始了十多年的“细胞手术”之路。
21世纪是生命科学的世纪,细胞是生命的基本单元。赵新教授团队面向生命科学发展对活体细胞操作的迫切需求,利用机器人代替人工实现自动化活体细胞操作,取得了令人瞩目的成就。研制了面向生命科学的原位显微分析与操作仪,解决了细胞操作自动化的问题,培育世界首批机器人操作的克隆动物。入选2018年度中国智能制造十大科技进展。发明了活体细胞精准操作机器人系统,提高了细胞操作成功率、成活率、发育率。系统应用于生物医药、脑科学、畜牧业等15家单位,包括太空站“问天”实验舱。自动化克隆技术用于种猪培育这一突破不仅解决了困扰我国几十年的种猪进口问题,也为解决其他类似的技术瓶颈提供了宝贵的经验。
十年磨一剑,攻克“细胞手术”
“两根‘玻璃针’插入细胞、提取、注入……”显微镜里的微观世界对赵新来说再熟悉不过了。如今,这项技术已经非常成熟,只是学生们时常就其中的关键操作向赵新教授请教,赵新一边耐心的跟学生讲解,一边启发学生进一步探索。初见赵新教授,他看起来非常有亲和力,藏着酒窝的笑容让人很难把他和严肃的科研工作联系在一起。
赵新做的研究类似于“细胞手术”。简单说,就是利用机器人把一个卵细胞中原有的细胞核拿掉,换一个新的细胞核进去,以自动化操作完成克隆全流程。从2007年开始,这个操作实验已经进行了无数次。但究竟要积累多少“跬步”,才能实现机器人操作培育克隆动物,没人知道。这把“细胞手术刀”,赵新一“磨”就是十年。
机器人操作普通目标,关键在于高成功率。而活体细胞是有生命的,因此,活体细胞操作不仅要有高成功率,还要保证操作后细胞的活性,提高操作后细胞成活率、发育率,这对于机器人技术提出了极大挑战。面对挑战,赵新教授团队历经10余年技术攻关,突破了面向变形体的机器人化精准定点操作技术、机器人化精准微创操作技术、机器人化定量去核操作技术等三类自动化关键技术。
对于科研,赵新有着不一般的执着,“看到的是成功,看不到的是每天都在做,1%的成功,99%的失败,因为你试过那99%,那别人就不用再试了,如果你找到那1%,那你给社会就省了99倍的资源、力量、精力,这就是科研的意义。”
创新不止,科研之花绚丽绽放
“我国种猪需求量大。之前都是从国外进口种猪,繁育几年后,种猪退化了,就再从国外买。我们不能总是依靠种猪进口,需要建起自己的繁育体系。”赵新带领科研团队扎进实验室,朝着这个目标发起了冲锋。
“2022年的时候,我们把这个自动化克隆技术用到了种猪的培育上,培育了7头克隆的长白小猪,种公猪的孩子还能成为种猪,这个概率是20%,我们培养的7头有5头成为种公猪,它的概率就是70%,比普通交配式的提高了3.5倍,这项技术的成功和普及应用,在一定程度上可以减少我国对国外种猪的依赖。”赵新欣慰的说。
不断探索、创新使得科研之花绚丽绽放,同时也收获累累硕果。克隆猪用于育种生产繁育后代11.35万头,经济效益7.67亿元。
“实事求就是创新,我学一门课,这门课的一个知识之树我了解了,那么在这个知识之树上开出一朵小花,或者结出一个小果,就是创新。前提是我根系非常发达,枝繁叶茂,最后这棵树长出一朵花来也好,一个果实来也好,是非常自然的。”作为南开大学人工智能学院的院长,赵新鼓励学生们在寻求创新突破的同时,要注重夯实基本功,脚踏实地,同时不断丰富自己,拓宽自己的知识面,“人工智能是一个交叉学科,我们在为学生讲解理论方法和前沿技术的同时,特别注重学科交叉、产业视角,将人工智能的力量带到所有学科研究领域,并融合如医学、金融、旅游等其他学科的先进理念共同塑造人工智能的未来。”
本着务实创新的精神人工智能学院的学生佳绩不断,先后获评2019年大学生“互联网+”创新创业大赛全国金奖、第十一届“中国青少年科技创新奖”、2018年天津市大学生创新特等奖、第十五届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛全国一等奖等奖项。
立足天津精神,服务国家重大需求
“早期的计算机与系统科学系1984年成立,经过一段时间的发展,我们就发现大家应该走新的方向,走向应用,2004年就开始创办智能科学与技术这样本科专业,这是全国第一批。2018年的时候成立人工智能学院,我们还是领先一步。”赵新表示南开大学的创新精神和天津这座城市的务实创新精神完美融合。“天津有着雄厚的工业基础,非常需要自动化的改造,提升新质生产力。”
“我是属于那种n代天津人,到现在为止可能离开天津只有四年,三年在东北,一年在美国,在美国的时候,我就跟学生讲,我看他们发展的这么好,那我们怎么样把我们的国家建设的更好,这才是有意义的,每一个天津人发挥出自己的作用来,那么这个城市,这个国家就能变好。”怀着浓厚的家国情怀,赵新一直扎根天津,围绕国家的重大需求不懈努力。赵新表示,自己将与团队成员奋斗不止,立足务实创新,服务国家重大需求,通过机器人化克隆育种助力乡村振兴,为猪源、种源注入中国动力,为夯实科技自立自强根基贡献更多南开力量与智慧。