スペクトルが「宇宙菜園」に輝く ——北京理工大学陳吉民教授のレーザー3Dプリントチームを偲んで

出典: China.com

科学技術の新時代において、「宇宙菜園」という刺激的な科学技術の成果が話題となっている。中国の宇宙ステーションはテクノロジーと美味しさが交差する場所であり、テクノロジーの魅力を存分に発揮している。夢が現実になり、スペクトラムテクノロジーは「宇宙野菜畑」を実現します。その背後には、数え切れないほどの科学研究者の知恵と努力があります。北京理工大学の陳吉民教授チームは、特に闘争心と献身的な科学研究チームであり、優れた科学技術を用いて宇宙生命の謎を探求し、宇宙で「田園詩」を詠み、科学技術者としての国家使命と社会的責任を実際の行動で実践しています。

レーザー工学が「宇宙野菜畑」に貢献

「宇宙菜園」は中国の宇宙産業の縮図であり、我が国の科学技術革新への野心と強さを示すものである。これらには最先端の専門技術による綿密なサポートが必要であり、その 1 つが光学工学です。陳紀敏教授は、北京理工大学レーザー工学研究所の教授、博士課程の指導者、3D プリント工学センターの所長です。彼は優れた科学技術者として、専門分野で多大な業績を残しているほか、社会団体でも重要な役職を務めています。また、北京デジタル医療3Dプリント工学技術研究センターの所長、北京エコデザインおよびグリーン製造推進協会の主任技術専門家、その他の学術職も務めています。中国付加製造標準化技術委員会（SAC/TC562）の会員、中国光学会のレーザー加工専門委員会の会員、中国機械工学会の特殊加工担当ディレクター。

陳吉民教授は初心を忘れず、使命を心に留め、若い科学者のグループを率いて科学研究の道へと突き進んでいます。宇宙ステーションでの植物栽培に必要な光、栄養、水、空気などの特別なニーズを満たすため、チームは専用のレーザー3Dプリント技術を開発し、わが国初の宇宙栽培装置用プロ仕様の植物栽培カップを印刷し、植物が「日光浴」を楽しめるようにした。

航空宇宙用エラストマー材料のレーザー積層造形における濡れ性制御や大規模変形制御などのキーテクノロジーを習得するため、チームの若き中核である曽勇准教授は昼夜を問わず作業し、レーザー積層造形技術に基づく宇宙ステーションの緑色植物栽培装置用栽培カップの一体製造を入念に完成させた。関連設備は天舟6号貨物宇宙船の天宮実験室に入り、優れた技術で「宇宙野菜園」が豊作を収めるのを助けた。若き中堅教師の姚海華氏は、チームと積極的に協力し、ミッション要件に基づいてレーザー積層造形制御成形技術の重要な問題に取り組みました。微小重力条件下での動作環境をシミュレートすることで、印刷された緑色植物栽培装置のシミュレーションテストを完了し、宇宙での3Dプリント部品の信頼性を向上させました。チームの要である王倩先生は、システムの全体的な納品の任務を完遂するために懸命に努力し、短期間で宇宙菜園栽培カップの構造化光スキャンモデリングと画像処理の問題を解決し、チームの超強力な総合技術力を実証しました。

効率的な運営の背後には、チームの科学研究者と時間との競争があります。厳しいスケジュールと重労働にもかかわらず、課題を受諾してから試作品の正式納品までわずか60日。栽培カップを搭載した宇宙栽培装置が宇宙に送り出され、宇宙ステーションでの植物栽培作業が開始され、「宇宙菜園」建設の基盤が築かれました。

3Dプリントのボトルネック問題を克服

「宇宙菜園」、光工学は大きな可能性を秘めています。航空宇宙エンジン技術でも、技術的な困難を克服するために光学技術が必要です。複雑な空冷式内部空洞構造によるタービンブレードの放熱能力の向上が先進的な航空宇宙エンジンの製造の鍵となっており、セラミックコアがそのような内部空洞構造を製造するための中核部品であることはあまり知られていません。内部空洞の形状が複雑になればなるほど、冷却効果は向上します。しかし、従来の方法では、複雑な内部空洞構造を持つセラミックコアの加工が困難な場合が多く、セラミック 3D プリント技術がこの問題の効果的な解決策となっています。現在、セラミックコア3Dプリント設備と材料は主に米国、ドイツ、フランス、オーストリアなどの一部の先進国が所有しており、関連するコア技術とソリューションが我が国のセラミックコア3Dプリントの発展を制限する「ボトルネック」問題となっている。

陳吉民教授のチームは、外国の独占を打ち破るために、康碩電機と共同技術研究を行い、大型セラミックコア3Dプリンターと高性能セラミック成形材料を独自に開発しました。現在、この設備は工業生産に投入されており、セラミックコア3Dプリント設備における国内の空白を埋め、セラミック3Dプリントの現地化への道を開き、設備-材料-プロセスの閉ループチェーンの独立した制御を実現しています。曽勇、王倩、姚海華の各先生方は、セラミック3Dプリントのソフトウェア制御などの関連技術を克服するために黙々と努力し、完全に独立した知的財産権を持つセラミック3Dプリントソフトウェアを開発しました。これは、3Dプリントセラミック業界が我が国の航空宇宙、バイオメディカル、機械電子分野の主要部品製造の現地化を実現する上で大きな意義を持ち、我が国のセラミック3Dプリントツールソフトウェア、設備、材料、サービス産業チェーンの健全な発展を促進し、外国の技術独占を打ち破り、我が国のセラミックコアの「ボトルネック」問題を解決するために積極的な戦略的意義を持っています。

レーザー研究は実りある成果を達成した

陳吉敏教授は1986年に華中科技大学を卒業し、機械工学の学士号を取得しました。同年、華中科技大学で機械工学を学ぶよう勧められ、1989年に工学修士号を取得しました。 1998年、彼は北京理工大学に入学し、光工学の博士号を取得しました。その間、共同研究のためにドイツのラーフェンスブルクに赴きました。その後、北京理工大学機械電気工学科博士研究員となり、2003年に同校に勤務するために退職した。 2011年9月から2012年9月までニューヨーク州立大学バッファロー校の客員研究員を務め、2018年にはボストン大学に客員研究員として滞在した。陳吉敏氏は科学研究の道において、研究活動と研究レベルを継続的に向上・完成させ、2016年に中国産学研協力イノベーション賞を受賞しました。 2018年8月、大学院生を指導して第13回中国大学院電子設計コンテストに参加し、企業部門で最優秀賞を受賞しました。また、中国発明協会の発明賞や北京科学技術進歩賞二等賞などの名誉賞も受賞しており、国家「973」計画や国家「863」計画の重要プロジェクトを主宰し、完成させました。これまでに180本以上の論文を発表し、30件以上の特許を取得し、4冊のモノグラフと2冊の翻訳作品を出版しています。

このような堅実な経歴は、陳教授の継続的な探究心と進取の精神の証です。現在、陳吉民教授は20以上の科学研究プロジェクトを主導し、完了させています。これらには、中国ポストドクター科学基金が資金提供しているプロジェクト「3次元YAGレーザー加工ロボットのオフライン自動プログラミングシステムの研究」、国家自然科学基金の「レーザーアセンブリ粉末マイクロ焼結の研究」、中国工程院の戦略コンサルティングプロジェクト「3Dプリント材料とアプリケーション開発戦略の研究」、北京市科学技術委員会の重要かつ主要なプロジェクトが含まれます。

人材育成が実を結ぶ

陳吉民教授は、「第一の資源である才能が科学技術の発展において重要な役割を果たす」ことをよく理解しています。陳吉民教授は、将来の人材を育成するために、科学研究と開発を同等に重視し、教育と人材育成に全力を注いでいます。教授は学生の個々のニーズに応じて指導し、忍耐強く注意深く、国家の柱となる人材を育成しています。教育・指導の成果は20件近くあり、2017年以来、学生を指導して中国インターネット+大学生イノベーション・起業コンテストに参加させ、北京部門で第3位を獲得しました。また、2020年に第6回中国インターネット+大学生イノベーション・起業コンテスト、2021年に第7回中国インターネット+大学生イノベーション・起業コンテストに参加するよう学生を指導し、北京部門で第2位と第3位を獲得しました。

材料加工におけるレーザーの応用は、製造技術における革命として歓迎されています。「宇宙菜園」や3Dプリントなど、レーザー技術による照明が緊急に必要とされている分野が増えています。陳吉民教授は初心を忘れず、レーザーを使って国のために剣を鍛え、世界の最前線に向かって邁進するという確固たる「光の追手」であることを主張している。（文／陳偉）

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