中國網/中國發展門戶網訊 科學儀器是人類感知認識世界重要的手段和工具，可有效促進科技經濟深度融合。新一輪科技革命和產業變革正加速演進，重大科學發現和技術突破越來越離不開重大科技基礎設施（以下簡稱“重大設施”）與先進科學儀器的支撐。世界主要國家將科學儀器的發展提升到國家戰略高度，建立了較為完善的國家級資助管理體系。美國不僅占據科學儀器領域的技術高地，且占據儀器制造和行業市場的主導地位。同時，為支撐科學前沿問題的研究，重大設施可創造更高能量、更大密度或更高強度的極限時租研究條件，建設運行過程中產生的突破性技術可衍生出高端科學儀器。
科學儀器的創新是指以應用需求為導向，通過研發形成新原理、新方法和新技術，利用工程技術手段形成新的儀器產品，并可將其投放到市場獲取經濟效益的過程。本文借鑒殷雪梅提出的產品創新價值鏈概念，結合科學儀器創新流程的特點，將科學儀器創新價值鏈劃分為基礎研究階段、概念化階段、產品化階段、商業化階段。近年來，歐盟為提升創新競爭力，加快突破性技術向突破式創新轉化，提出一種貫通科學儀器創新價值鏈的項目資助模式——舞蹈場地ATTRACT項目。該項目旨在聯合歐洲重大設施運行管理機構、學術界、工業界，共同研發下一代探測和成像技術及相關產品，彌合基礎研究與市場需求之間的差距。深入剖析ATTRACT項目的創新舉措與管理資助特點，將有助于加速重大設施先進技術轉化、優化科學儀器研發和資助模式，提高我國科學儀器自主創新能力和國際競爭力，為解決我國高端科學儀器研制面臨的相關問題提供啟發和思考。
基于科學儀器創新價值鏈的項目資助特點分析
將突破性技術轉化為突破式創新直至轉化為產品進入市場，通常需要跨越“死亡之谷”（圖1），時間周期較長。例如，美國物理學家西奧多·梅曼于1960年研制出全球首個可運行的激光器原型，距愛因斯坦提出量子電磁輻射理論已過去43年。為識別和支持具有市場應用潛力的突破性技術和創新，歐盟理事會決定于2018年設立ATTRACT項目，加速推動重大設施研建過程中的先進探測和成像技術向科學儀器產品的轉化。該項目具備鮮明的技術轉化和市場導向的特點。隨著該項目的成功實施，歐盟委員會建立了歐洲創新理事會（EIC），ATTRACT項目資助模式已被推廣應用到其他EIC項目與技術領域中。
分階段迭代資助，助力新技術跨越死亡之谷
作為資助工具，ATTRACT項目采用分階段的資助方式。這與美國國防高級研究計劃局（DARPA）資助顛覆性技術類似，不同的是，ATTRCT項目強調2個階段間及不同領域技術間的迭代與融合，實現從識別、培育源于重大設施基礎研究的突破性技術向突破式創新轉化的連續循環（圖2）。目前，ATTRACT項目已瑜伽教室完成探測和成像技術領域2個階段的項目資助（2018—2022年），于2023年將該資助模式擴展至地球觀測領域。
源于重大設施基礎研究從“0”到“1”的原創性突破
重大設施是前沿科學與先進技術的結合，不僅為科學研究提供了先進的實驗平臺，還是科學儀器創新和發展的重要源泉。為獲得更高分辨率、更高靈敏度、更高精度的實驗觀測手段，重大設施的研建過程有效推動了先進材料、成像技術和探測技術等領域的發展，進而促進科學儀器的研制和創新。例如，同步輻射光源所使用的X射線探測技術，已成功用于多種分析儀器中，包括X射線衍射儀和電子顯微鏡等。此外，利用重大設施開展的科學研究進一步促進先進材料和高性能器件等的研發，還將催生一系列創新技術。這些新技術在提升現有科學儀器性能的同時，為研制新型儀器提供了可能。
ATTRACT計劃正是基于此，由歐洲核子研究中心（CERN）提出倡議，目的是將源自重大設施基礎研究的突破性技術發展成為滿足未來社會需求的突破式創新，如先進傳感器和探測器、高端顯微鏡等。參與該計劃的歐洲重大設施運行管理機構除CERN外，還有歐洲同步輻射光源（ESRF）公司、歐洲X射線自由電子激光（EuXEFL）公司、勞厄-朗之萬研究所（ILL）、歐洲分子生物學實驗室（EMBL）、歐洲南方天文臺（ESO）。
種子基金實現從“1”到“10”的概念驗證
ATTRACT項目第一階段旨在識別突破性技術，吸收工業界初始投資風險。該階段通過促進工業界、重大設施運行管理機構及其相關用戶合作，識別有助于應對社會挑戰所需要的突破性技術方案。與傳統路徑相比，該方法能有效縮短技術的迭代周期（圖3）。具體而言，該階段以種子基金資助高風險高商業價值的探測和成像技術概念驗證，將其技術成熟度（TRL）從TRL 1—2提高至TRL 4。概念驗證位于科學儀器創新價值鏈的前端，也是技術成果轉化跨越“死亡之谷”的第一步。該階段執行周期為12個月，這與科學儀器研制項目開發概念原型所需時長基本一致，研究方向包括傳感器、數據采集與計算系統、軟件開發與軟件集成、前端/后端電子學4個方面。該階段共資助170個項目（總提案數1 211個，通過率約14%），每個項目資助經費為10萬歐元，經費由歐盟“地平線2020”（Horizon 2020）計劃提供。
規模融資實現從“10”到“100”的產品研制
ATTRCT第二階段項目采用規模融資方式，引入市場資本，持續資助經過第一階段檢驗、最有技術轉化潛力的突破性技術概念，以及為研制重大設施開發的、具有工業應用潛力的相關技術概念，進一步提高技術成熟度。該階段可視為公共金融工具，利用財政資金資助降低轉化風險，使得資本市場能夠有力承接進而跨越突破性技術“死亡之谷”。該階段研發與創新項目分為示范系統（demonstrator）和工業系統（industrial system）2種資助模式，提案均要求技術成熟度至少達到TRL 3，可交付成果為技術小樹屋成熟度為TRL 6—7的完整原型系統，包括實際操作所需的關鍵功能（如數據處理、壓縮、傳輸和存儲），且需有明確的市場應用場景。前者要求能夠證明在項目結束后技術成熟度可達到TRL 5—6，資助金額最高為50萬歐元。后者要求能夠證明在項目結束后技術成熟度達到TRL 7及以上，資助金額最高為200萬歐元。該階段資助了18個項目（總提案數68個，通過率約26.5%），資助總額約為2 500萬歐元，研究方向涉及量子信息、環境監測、太赫茲成像/測距、高效光子探測系統等。
促進創新鏈與產業鏈深度融合的協同創新模式
ATTRACT項目以共同創新作為合作和競爭的平衡機制，將提供創新思想的各主體有機結合，構建協同創新生態。除重大設施運行管理機構及相關用戶外，工業界（歐洲工業研究管理協會EIRMA）、商業創新管理專家（阿爾托大學、西班牙ESADE商學院）等多方利益相關者積極參與其中。該協同創新模式打破傳統的采購——賣方模式（procurer-buyer model），即突破性技術由重大設施傳遞至企業、企業被動吸收。該模式提出從創新價值鏈最開始階段，將創新價值產生者（重大設施及其用戶群體）和創新價值捕獲者（工業界）置于同一起點，通過強有力的合作實現“技術—產業”雙贏（圖4）。
同時，ATTRACT項目要求申請主體必須是聯合體，即至少包括2個實體機構，且要求機構間必須開展實質性合作，不得見證為多個項目的捆綁，技術可實現商業化應用。項目申請者需向專家咨詢委員會提供詳細的分工協作方案，闡明聯合體的性質、單位構成、協作方式與流程、成本、風險及利益分配等情況。
項目遴選與成果評價重視創新潛力和社會影響力
形式審查后，ATTRACT申請提案由獨立研發委員會（IC）和項目咨詢委員會（PAC）評估。前者主要負責評估項目技術價值，由來自學術界、工業界和私人投資者中探測和成像技術領域的頂尖專家組成；后者主要負責評估項目的商業價值，由歐洲公營機構、私營機構代表組成。
從項目遴選評價標準來看，除評價基本項目執行要素（如研究目標、實施步驟和經費預算等）外，2個階段對項目的篩選側重各有不同。第一階段，旨在從不同角度識別、評價、分析探測與成像技術領域可能具有突破式創新潛力的新思想、新概念、新技術，遴選標準既強調項目技術水平又強調創新潛力，如擬開發技術能否增加相應的學科知識、促進新的產業應用等（表1）。第二階段，項目提案要求用具體、可量化的術語描述項目將實現的影響力，包括科學技術影響和產業化影響。該階段遴選標準尤為關注項目提案影響力的評價，包括技術示范案例與學術界和產業界是否相關、預期的產業應用能否填補重要市場空白、是否進行必要且有意義的宣傳工作等6個方面（表2），評分權重占比50%。
從項目評價標準來看，判斷ATTRACT項目成功與否不僅考察項目本身是否實現預定技術目標，更看重其能否創造經濟社會價值，產生廣泛影響力。具體來說，ATTRACT項目評價標準包括：是否提高歐洲重大設施投資回報率；是否加強工業界對重大設施科學研究和技術研發能力的利用；是否有效地降低技術開發風險，是否吸引更多風險投資者投資高風險、高回報技術；是否促進學瑜伽教室術界、工業界研究團隊之間的技術創新與知識流動；是否更好地利用大學、商學院中跨學科創新潛力。
高效靈活的組織管理運行機制
ATTRACT采取扁平化管理組織架構，包括管理協調層和實施執行層兩部分（圖5）。核心管理和決策單元是項目聯合委員會（PCB）委員，其主要職責為確定獨立研發委員會和項目咨詢委員會成員、批準由前者提供的資助項目清單。專職管理單元為項目行政辦公室（PAO），主要負責協調聯絡工作，成員主要是國際大科學計劃/大科學工程管理專家。
多個相互關聯的工作組（WP）保障ATT時租會議RACT項目組織實施，它們的側重點不同。其中，工作組WP2和WP3分別負責聯系工業界和學術界，以識別可能具有突破式創新潛力的技術思想。工作組WP5負責監測資助項目執行周期內的科學和技術進展，過程中及時通報出現問題的項目。工作組WP7負責評估項目執行情況，重點關注項目運行機制有效性，涉及項目征集過程、技術成果轉化、所開發的技術預期影響等。根據評估結果進一步改進項目運行模式，使其成為可持續、探索高風險突破性項目概念的協同創新模型。
上述管理運行機制能確保所開發的探測、成像技術的可用性，支持重大設施的未來技術升級計劃，與用戶群體建立更緊密的合作關系；同時支持中小型企業的創新發展，使其可儲備開發、制造、銷售用于科學研究和技術發展的科學儀器。
我國科學儀器項目組織現狀
科學儀器資助現狀與成效
政府作為創新體系的規劃者、引導者、培育者，發揮著戰略規劃、組織動員、資源保障、政策引導的重要作用，在促進科學儀器行業發展方面有著不可替代的作用。經過多年探索，我國構建了科學儀器原理創新、關鍵技術和核心部件研發、工程化和產業化的國家資助體系，在科學儀器設備研制的支持和管理方面取得明顯成效。
自20世紀90年代以來，國務院及國家發展和改革委員會、科學技術部、國家自然科學基金委員會、財政部、中國科學院等有關部門先后出臺多項政策法規推動科學儀器的發展，對科學儀器研制進行了全方位的資助（表3），包括科學儀器基礎研究、研制與開發、成果轉化及產業化、升級和改造。2011年，中央財政首次在科學儀器研發領域投入約13億元，同時啟動“國家重大科研儀器研制”和“國家重大科學儀器設備開發專項”。2021年，“十四五”國家重點研發計劃設立“基礎科研條件與重大科學儀器設備開發”重點專項，圍繞國家基礎研究與科技創新重大戰略需求，重點支持高端科學儀器工程化研制與應用開發。總體上，我國科學儀器研發投入呈現增長趨勢，2022年中央財政資助經費約15億元，非常重視高端科學儀器自主創新，以期為實現高水平科技自立自強提供支撐。
有必要加快制定我國科學儀器自主研制戰略規劃，集中優勢力量加強關鍵科學儀器、基礎軟件等攻關，使科學儀器產業能夠得到更快發展，盡快擺脫關鍵技術、高端儀器受制于人的局面。隨著國家層面科學儀器資助專項的深入實施，部分重點領域高端科學儀器設備逐步實現國產替代，部分國產科學儀器已達到國際先進水平進入國際市場。
科學儀器資助項目存在的不足
在國家層面科學儀器專項實施過程中，國家自然科學基金委員會和科學技術部根據科學儀器發展現狀，聚焦國家戰略需求和長遠發展，適時調整國家重大科研儀器研制項目申報指南，集中力量攻堅關鍵技術與高端科學儀器。整體來看，我國科學儀器資助模式已基本打通從“0”到“1”基礎研究階段和從“1”到“10”概念化階段，但對從“10”到“100”產品化階段的資助力度較低，很多科學儀器相關技術與原型樣機仍停留在實驗室階段，未能跨越產業化的“死亡之谷”，成為真正意義上的儀器產品。具體而言，目前存在的一些問題包括以下4個方面。
高風險原創性項目受資助比例較低。研制高端科學儀器要建立在新原理、新方法和新技術的基礎之上，是一個從基礎研究出發不斷“試錯”的過程，研發周期長、風險性高。前期基礎研究不足是阻礙我國高端科學儀器發展的重要因素。高端科學儀器國產化需要更多的“容錯”“試錯”機會。近年來，我國也對高風險項目的資助方式和評議機制進行了探索。例如，國家自然科學基金委員會通過設立小額探索項目、主任基金、原創探索項目及專家推薦創新性強的非共識項目，已初步建立了原創性基礎研究項目的非常規資助機制，鼓勵科研人員挑戰高風險性基礎研究，但仍未改變資助數量和資助金額較低的整體局面，科學儀器研發相關項目占比則更低。據統計，國家自然科學基金委員會原創探索計劃項目2020—2022年資助329項，項目直接經費為7.07億元，占總資助項數比例約為0.23%，占總經費比例約為0.77%。講座2021—2022年資助151項自由類國家重大科研儀器研制項目，占總經費比例約為1.94%。總體而言，國家資助以競爭性項目為主，采用同行評審機制，部分申請者為獲得項目經費所提交的項目研究方案原創性存在不足。保守穩健的資助傾向造成高風險性科學儀器研發項目資助相對薄弱。
項目成果應用缺少后續資助，商業化市場化效果有待提升。科學儀器創新成果滿足具體的科學研究需求，能否進一步推廣應用是影響其生命力的重要因素。科學儀器從基礎性研究、技術研發、產品研制到產業化所需資金投入比約為1∶10∶100∶1 000。同時，高端科學儀器的性能改進需在實際應用中通過高頻迭代來實現。目前，已受資助的科學儀器項目產生一批具有應用推廣價值的產品原型，但因缺少應用研究與推廣的持續資助，工程化開發和成果轉化進程緩慢。同時，國家在重大設施研制方面投入了大量經費，成功研制出一批高質量、高性能的專用實驗儀器，但其離市場化、產業化仍有較長的距離。目前，國內此類設備原型市場化機制欠佳，尚未充分挖掘釋放重大設施關鍵技術的產業和市場潛力。
產學研用合作效能未被充分釋放，創新生態系統需完善。依托科學儀器從創新鏈到產業鏈的持續資助，我國在逐步構建高校、企業和科研院所等創新主體多方參與的科學儀器創新生態系統。自2016年起，“國家重大科學儀器設備開發專項”在項目申報指南中就明確提出“所設項目均由有條件的企業牽頭申報”，進一步明確了企業的創新主體地位，并鼓勵與科研院所和高校開展合作。但通常一個項目由4—5個子課題組合作承擔，課題組織模式相對松散，深度合作有待加強。目前已出現共建新型研發機構如企業聯合實驗室等探索模式。鑒于高端科研儀器研發的高風險性，產業界和社會的投入比例相對較低，私營企業等對創新價值鏈前端環節參與度有待提高，尚未實現政府統籌和市場化資源配置的有機結合。
項目監理制度尚不完備，未形成統一標準。目前，國家級科學儀器研制項目具有參與主體多、資助體量大等特點，項目監督管理正在成為資助機構規范化治理的重要手段。國家自然科學基金委部門推薦類國家重大科研儀器研制項目與科學技術部重大科學儀器設備開發專項已實施監理制度，由項目組織部門成立項目監理組對項目實施過程進行監督。國家自然科學基金委自由類國家重大科研儀器研制項目暫未實施監理制度，由項目依托單位跟蹤和推動項目實施，監督力度不足。整體來看，科學儀器研制項目的監理標準不統一，沒有形成規范化的制度約束和授權，存在監督檢查不到位的情況。
啟示
基于對ATTRACT項目組織模式分析，提出4點思考以供探討，以期有助于優化我國現行的科學儀器項目資助管理模式，推動我國科學儀器全創新價值鏈發展。
促進重大設施技術創新的成果轉化。重大設施作為原創性、引領性科技成果的策源地，其技術應當轉化為促進經濟和產業發展的動力。目前，我國重大設施技術成果轉化已取得一定成效，如依托蘭州重離子研究裝置，中國科學院近代物理研究所成功研發高壓變壓器型（DG）電子加速器，其整體結構緊湊、電能轉化效率高，在輻照加工領域實現產業化應用；研發出首臺醫用重離子加速器——碳離子治療系統并實現臨床應用，使我國高端醫療器械裝備國產化邁出了新的步伐。然而，多數技術還缺乏有效的市場化路徑，有待進一步推廣。從機制層面引導和加強我國科學儀器研發機構和企業與重大設施建設運行機構的緊密合作，設置面向重大設施創新技術商業應用孵化基金，為突破性技術向突破式創新的轉化提供支持，助力新興產業培育和傳統產業升級。
國家層面加強對原創突破性技術研發的支持。原創突破性技術具有市場不確定性，在其形成可銷售的產品之前需要大量“沉沒成本”的投入，對于具有極大市場不確定性技術開發的沉沒成本應當由國家承擔或國家和企業共擔。可考慮在現有基礎上，進一步加大由國家投入種子基金對科學儀器相關新概念、新原理、新方法、新技術等原創性研究的支持力度。由于科學儀器具有明顯的技術、工程和市場屬性，項目評審在重視儀器研制的原創性和科學價值的同時，還應特別關注其商業價值。可考慮建立由科學家、儀器制造商和風險投資機構等構成的跨領域、跨學科的評估團隊，以有效識別具有高風險但可能帶來重大突破的科學儀器相關技術。著力塑造包容失敗、激勵創新的科研生態環境，增強科研人員挑戰未知領域的信心，區別對待因項目本身的高風險性而導致的不確定性與因學術不端行為導致的研究失敗，確保對科研人員的公正評價。
分階段迭代資助，降低創新技術轉化風險。科學儀器從價值創造到價值獲取周期較長，涉及原理、方法、技術、市場、政策各方面。目前，我國科學儀器研制項目覆蓋創新價值鏈不同環節，但都要求在短時期內結項（通常不超過5年），定位針對性不強，目標差異化不明顯，未能有效銜接。可考慮采用分階段迭代資助方式，積極吸納創新價值鏈上可提供創新思想的參與者，充分利用各創新主體優勢，加強從“0”到“1”原創性突破、“1”到“10”科技成果轉化、“10”到“100”科技成果產業化的有效銜接。同時，在成果產業化關鍵階段努力吸引有實力的企業、風險投資機構的資金，深化產商研用合作機制，形成完善的創新體系和良好的創新生態環境。
優化項目監理機制，提升科研投資效益。有效的項目監理和監督機制對于優化資源配置，及時識別和應對項目實施過程中的潛在問題和挑戰至關重要，有助于確保項目能夠按照既定計劃推進并達成預期目標。因此，可考慮聘請第三方專業監理機構進行全過程監督指導，建立完善的咨詢評估架構，對項目進展進行持續監控并定期檢查項目的關鍵里程碑，確保項目從立項、實施到結題對所有利益相關者公開透明。同時，可考慮邀請重大設施管理專家和技術專家對儀器研制單位的項目管理體系給予指導，進一步提高項目管理效率和效果。此外，需重視科學儀器研制項目的后評估工作以跟蹤項目的長期影響和績效，根據后評估結果不斷完善和調整項目管理流程，以確保科研投資的效益最大化。
（作者：董璐、李宜展、李澤霞，中國科學院文獻情報中心 中國科學院大學經濟與管理學院；陳娟，中國科學院科技基礎能力局重大設施處；王郅媛、孫月琴，北京科技創新促進中心。《中國科學院院刊》供稿）