摘要：如何实现用手机、电脑实时观测海洋中直径不足头发丝1/10的微小生物？如何穿透浑浊水域，对微米级目标进行监测并捕捉其生态特征？清华大学深圳国际研究生院蔡中华研究员、程雪岷副研究员团队“十年磨一剑”，将前沿光学技术与人工智能深度融合，研制出水下生态监测创新系统，提
如何实现用手机、电脑实时观测海洋中直径不足头发丝1/10的微小生物？如何穿透浑浊水域，对微米级目标进行监测并捕捉其生态特征？清华大学深圳国际研究生院蔡中华研究员、程雪岷副研究员团队“十年磨一剑”，将前沿光学技术与人工智能深度融合，研制出水下生态监测创新系统，提供了一套“光与智能”的技术解决方案。
央视强国智造系列纪录片《慧视深蓝》
监测水下的微米级目标
破解全球行业难题
水中的浮游生物暴发，可能导致水质变差、鱼类死亡等连锁负面效应。对微小生物实现原位监测——即从传统的采样化验转变为设备实时连续观测，有助于完整获取海洋生物数据并制定量化标准，这对海洋生态保护至关重要。
监测水下的微米级目标，相当于看清一根头发丝直径1/10大小的微小生物，这是一道全球行业难题。面对这一难题，蔡中华团队决定迎难而上，“清华雄厚全面的工科基础是开展海洋前沿探索的重要优势，深圳国际研究生院的交叉学科特色也为开展研究提供了宝贵土壤。”
蔡中华团队联合海洋生态、先进制造、生物医学工程、人工智能等多领域专家，以及其课题组博士后应轲臻等人共同开展跨领域技术攻关。
在团队的共同努力下，能实现浮游生物原位高频连续监测的浮游生物成像仪（PlanktonScope）问世。2019年，团队通过技术转化，孵化了深圳市绿洲光生物技术有限公司，作为一家深圳高新技术企业，将研究技术成果推向市场，更好地为社会服务。
PlanktonScope系列设备（从左至右，从上至下：定点版、浮标版、水渠版、船载版、拖曳版）
十年磨一剑
从采样化验到“实时直播”
这一突破性研究成果背后，是历经十年的潜心磨砺。2011年，团队开始构思设备设计、选择技术路线，历时三年，原理系统方案初具雏形。2015年，开展样机研发。2017年，样机完成，取名为PlanktonScope，同年获得国家重点研发计划“海洋环境安全保障”支持立项。2019年，完成PlanktonScope工业机的研制。
作为国家重点研发计划“海洋环境安全保障”重点孵化项目，2021年，PlanktonScope商用机问世。其具备高速成像、超高浊度成像等功能，实现全面批量生产。
PlanktonScope在不同场景下的应用
如今，PlanktonScope的应用早已不局限于深海领域，而是有效应用于多样化水体监测场景，在水务、海洋、环保、核电等多个领域都发挥着重要作用。例如，可用于开展核电站冷源致灾生物监测预警、海洋生态监测及灾害生物预警，也成为水库藻华现象、异味、毒素等问题的有效“监督员”……团队目前拥有知识产权超过30项，并获得深圳市技术发明奖。
PlanktonScope在大亚湾海域投入使用，针对爆发的尖笔帽螺进行原位监测，成功获取了该生物在大亚湾海域的时空分布信息
全球领先
为浮游生物监测领域树立新标杆
2022年3月，依托PlanktonScope申报的“海洋浮游生物监测传感器的研制及系统优化”项目通过科技部重点研发计划综合绩效评价。该设备面向国家重大战略需求，适用于多样化应用场景，有效解决了海洋生态监测中大面积走航监测、长时序定点监测等多类关键难题。
海洋生态监测平台界面
PlanktonScope成果经鉴定达到国际领先水平：与国际同类产品相比，其技术适用浊度范围扩大20倍、观测量提升30倍、识别效率提升40倍，可识别最小尺寸达20微米。这既是技术突破，也为全球浮游生物监测领域树立了新标杆。
面对每一次科研挑战，团队召之即来、来之能战。蔡中华说，“因为学院交叉学科多，老师们平时的互相交流也多，彼此清楚谁擅长什么，一旦有需要，大家随时就能撸起袖子一起干，这种协作氛围难能可贵。”
看见更多“看不见”
将海洋生态“显微镜”越做越精
面向未来，团队将以“更小”和“更准”为目标——监测到的生物尺度越来越小，数据越来越精准，团队表示，将进一步强化生态成像技术，拓展观测的时空范围。
蔡中华接受央视采访
蔡中华说，显微镜的发明让人类第一次看见了“看不见”的东西，并由此衍生了细胞生物学和微生物学。“发展生态成像技术也是一样，就像在森林中既能看到树木和枝叶，还能看到树枝和树叶的纹理，希望越来越多的人通过我们的技术，能看到更多微小的浮游动物和微藻，甚至其他更细小的生命，将海洋生态的‘显微镜’越做越精，就是这项研究的意义。”
蔡中华团队通过一次次突破，将“看见”的广度和深度拓宽到人类的未知边界。他说，每一次突破都不是研究的终点，而是探索水下世界的新起点，未来，团队将持续深入探索，推动人类与生命之源的永恒“对话”。
来源：深圳特区报一点号
