「唉……又失敗了。」
有點沉悶的會議室里,隨著一聲沉重而無奈的嘆息,大屏幕上的流體仿真模擬畫面瞬間定格。
緊接著,屏幕右下角代表著【紅細胞破損率】的紅色數據曲線,以一種極其刺眼的角度呈幾何級數飆升,隨後整個仿真軟體因為浮點數據溢出,直接彈出了【】的死機 彈窗。
看著這熟悉不能再熟悉的 畫面,會議室里的十幾名科研人員全都像泄了氣的皮球一樣,無力地靠在了椅背上。
有人煩躁地抓著頭髮,有人疲憊地揉著發脹的眉心,整個房間裡的氣氛沉悶簡直能擰出水來。
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這裡是位於上京的華國醫學科學院阜外醫院與國家心血管病中心聯合設立的重點攻關項目組。
坐在會議桌最前方主位上的,正是這個團隊的總負責人,阜外醫院院長兼國家心血管病中心主任,同時也是華國工程院院士的吳勝偉教授。
「這已經是過完年後這一個月以來的第十七次仿真崩潰了吧?」
吳勝偉摘下老花鏡,捏了捏高挺的鼻樑,語氣中透著一股難以掩飾的疲憊。
他們團隊目前正在攻關的,是國家級重點醫療民生項目——【新一代超微型第三代全磁懸浮體外人工心臟】。
簡單來說,這就是一種人工血泵技術,主要是為終末期心力衰竭患者提供血流動力學支持。
而作為第三代的人工心臟,最主要的代表性技術就是通過磁懸浮技術,使血泵內的葉輪懸浮轉動,避免與血液直接接觸,從而降低血栓風險。
這個第三代人工心臟技術和大多數醫療技術一樣,經歷了國外領先、國內迎頭趕上的發展過程。
國外在2010年之前就已經研發成功,並且成功應用,而國內晚了將近十年,直到2017年總算是有了第一例成功的移植案例。
並且那第一例成功移植的案例,就是由這位吳勝偉院士親手完成的。
當然,雖然起步慢,但國內的技術也算是達到了國際一流水平。
但醫學的腳步永遠不能停滯。
之前的第三代人工心臟雖然好,但它的體積依然有拳頭大小,重量在180克左右,這個尺寸對於成年男性患者來說勉強可以接受,但如果想要植入到體型嬌小的女性,或者是患有嚴重心衰的兒童體內,那就完全塞不進胸腔了。
所以,吳勝偉團隊現在的目標,就是要研發出更新一代的技術,將人工心臟的體積直接縮小到一顆核桃大小,重量控制在100克以內!
一旦完成這項技術攻克,不僅意味著華國的人工心臟成功領先了全球的技術發展,達到了「全球最小最輕」這樣的極限指標,同樣也能徹底填補國內在兒童和極小體型患者人工心臟領域的空白,並且實現更微創的手術,讓患者術後恢復更快。
這個目標可謂是宏大且意義深遠,他們團隊也都很清楚要完成的是怎樣的壯舉,因此剛開始的時候也都算是熱情滿滿。
但現實卻給了他們極其殘酷的毒打。
「陳教授。」吳勝偉轉過頭,看向坐在左側的一位中年學者,眉頭緊鎖地問道,「咱們的葉輪流道設計,真的就沒有一點優化的空間了嗎?只要轉速一上去,模擬出來的溶血指標就直接爆表,這怎麼敢進入下一步的動物實驗啊。」
被點名的陳程教授苦笑了一聲,滿臉的無可奈何。
陳程是國內頂尖的流體力學專家,主要負責的就是他們這個人工心臟的流體力學分析方面的工作。
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可能在有些人看來,研發人工心臟應該是純粹的醫學臨床問題。
但實際上,這玩意兒本質上就是一個在人體內高速運轉的微型水泵。
吳勝偉這樣的心血管病泰斗,主要負責的是心臟的生理需求、生物相容性材料以及植入的手術路徑。
而這個微型水泵到底該怎麼設計,葉片怎麼轉才能把血抽出來又不出問題,這就完完全全落到了陳程這樣的流體力學專家的頭上了。
對於含水量達百分之七十的人體來說,利用流體力學助力醫學分析已是十分常見的研究方法。
「吳院士,真不是我們流體組不出力啊。」
陳程教授嘆了口氣,指著大屏幕上的 數據,滿臉無奈地解釋道:「您是醫學專家,您比我更清楚,血液不是普通的水,它是極其複雜的非牛頓流體,裡面的紅細胞是非常脆弱的。」
「現在咱們要把血泵的體積縮小一半,為了保證人體正常所需的每分鐘5升的泵血量,葉輪的轉速就必須大幅度提高,可是轉速一高,葉片邊緣和泵殼之間的微小間隙里,就會產生極其恐怖的微觀剪切應力!」
陳程越說越覺頭疼:「這種極端非線性條件下的湍流,就像是把血液扔進了破壁機里一樣!我們的超算每次一模擬到這個微觀相變點,計算紅細胞受力的時候,數據瞬間就發散到無窮大了,連算都算不出來,我們根本不知道該怎麼去修改葉片的微米級曲面啊!」
吳勝偉聽完,也是深深地嘆了口氣,陷入了沉默。
他也知道這個問題在工程和數學上有多棘手,但作為總負責人,他也只能和幾個醫學專家低聲探討著,看看能不能從降低人體泵血需求的臨床角度,去稍微妥協一下參數。
一時間,會議室中又陷入了一種低沉的氣氛當中。
與此同時,在陳程教授身邊,還坐著一位大概三十歲出頭的年輕人,正是陳程教授的意門生,主攻應用數學和計算流體力學的博士後,梁明。
從這場組會開始之後,梁明就一直沒有說過話,他死死地盯著屏幕上的 代碼,心裡只覺一陣發冷。
作為團隊裡具體負責編寫算法和跑超算數據的「主力民工」,梁明此刻承受的壓力是難以想像的。
「太難了……這特麼根本不可能做到啊!」
梁明在心裡絕望地吶喊著。
既要把體積壓縮到核桃大小,又要保持高轉速,還要求血液在經過葉片邊緣時極其平滑,絕對不能產生切碎紅細胞的剪切渦流。
在流體力學的數學模型里,這幾乎是一個無解的死局!
非牛頓流體的本構方程,在面臨這種極限的高速微觀相變時,邊界條件複雜到了一個令人髮指的地步。
現有的流體計算軟體和常規的偏微分數學工具,只要一碰觸到那個產生溶血的點,就會瞬間因為數據溢出而死機。
連病灶長什麼樣都看不清,怎麼動手術去優化?
看著會議室里一張張愁雲慘霧的臉,梁明的心中不可遏制地湧起了一股絕望感。
他甚至覺,以目前人類在流體計算數學上的理論天花板,想要造出這種完美無缺的超微型人工心臟,起碼還再等二十年。
……
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最終,這場沉悶的攻關會議還是沒能討論出什麼實質性的結果。
吳勝偉院士無奈地嘆了口氣,合上面前的筆記本:「老陳,今天就先到這兒吧,我回去再跟生物材料組的人碰個頭,看看能不能從鈦合金外殼的輕量化上再摳出幾克重量來,或者研究一下能不能稍微降低點臨床的泵血指標要求。」
陳程教授也跟著站起身,點了點頭:「行,吳院士,我們這邊回去再想想辦法,看看能不能換一種網格劃分的思路,爭取把那個該死的剪切應力點給繞過去。」
就這樣,這場讓人精疲力盡的組會算是散了。
時間剛好到了飯點,陳程便帶著梁明去了附近的一家餐館,隨便點了兩個菜對付一頓。
吃飯的時候,梁明扒拉了兩口米飯,實在是憋不住心裡的那股絕望勁兒了,忍不住向陳程大吐苦水:「老師,我覺吳院士他們定的這個指標實在太離譜了目標是100克以下!您知道國外目前最先進的美國雅培HatMat 3全磁懸浮血泵有多重嗎?足足200克!」
「除非咱們能在電磁軸承的底層技術上有逆天的突破,否則單純指望咱們靠優化流體力學葉輪去縮小體積,根本就不可能解決這種極致的溶血問題。」
陳程放下筷子,看著自己這個平時還算優秀的門生,耐心地教導道:「梁明,從我們之前做過的幾組極限理論推導來看,只要葉輪的微觀曲面能達到一種完美的非線性曲率,體積縮小40%在理論上是完全有機會實現的,做科研,不要一遇到死結就覺不可能,凡事事在人為。」
聽完陳程的話,梁明有些不服氣地撇了撇嘴,小聲嘀咕道:「理論是理論,紙上談兵距離真正造出實物還差了十萬八千里呢,國外那些巨頭在這項技術上比咱們國內早起步了十幾年,人家燒了那麼多美元,不也一直沒實現100克以下的突破嗎?」
「砰!」
陳程猛地把水杯重重地磕在桌子上,臉色瞬間就沉了下來。
「梁明!你這是什麼狗屁邏輯?!」陳程極其嚴肅地批評道,「怎麼?外國人做不到的事情,咱們華國人就肯定也做不到?你這崇洋媚外的慣性思維到底是怎麼在腦子裡紮根的?」
「國外停滯不前,那是因為他們遇到了瓶頸開始原地踏步、不思進取!你看看這些年,咱們國內有多少醫療器械、高端製造是直接從落後實現彎道超車的?」陳程瞪著眼睛,恨鐵不成鋼地訓斥道,「別的領域不說,就說咱們流體力學自己的老本行!困擾了全球數學家和物理學家一百多年的終極死結——N方程全局正則性,老外解出來了嗎?最後還不是被咱們華國的林葉給證明了?!」
見一向溫和的導師發了這麼大的火,甚至連林神都搬出來了,梁明嚇趕緊縮了縮脖子,老老實實地低下了頭。
「老師您批評對,是我態度消極了。」梁明趕緊認錯,同時在心裡暗暗吐槽了一句:您這直接把林神這尊大佛給搬出來了,那我還說個屁啊,您說的都對!
陳程見他認錯態度還算端正,臉色這才緩和了一些,擺了擺手:「行了,趕緊安心吃飯,吃完回學校,哪怕是再死機,咱們也把昨天跑的那組崩潰數據再仔仔細細地過一遍!」
吃完飯後,師徒兩人便打車返回了他們所在的學校,上京航空航天大學。
上京航空航天大學有國家計算流體力學實驗室,在計算流體力學這方面的實力確實很強勁,這也是為什麼吳勝偉院士的團隊會找到他們來進行合作。
一回到實驗室,陳程就脫了外套,一頭扎進了機房開始分析數據,同時囑咐梁明也別閒著,要麼跟著一起看數據,要麼就去查閱一下最新的文獻,看看能不能找到什麼他山之石。
經過吃飯時導師的那頓訓話,梁明雖然心裡偶爾還會吐槽兩句,但那股消極的情緒確實被打散了不少。
對於像他這樣三十歲出頭,專門研究計算流體力學的青年學者來說,那位年僅十九歲的林葉,絕對是他們心中最崇拜、最至高無上的學術信仰。
林葉橫空出世證明N方程的壯舉,也確實給國內的流體力學界注入了一針極其強效的強心劑,讓他們在面對國外同行時腰杆子硬了不知道多少倍。
「不過……看數據就算了吧,一到那個邊界就全是亂碼,看瞎了眼也看不出花來。」
梁明在心裡嘀咕著,決定還是去翻翻期刊文獻,看看有沒有最新的網格計算方法能借鑑一下。
他走到實驗室專門用來存放訂閱期刊的文獻閱覽區。
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雖然學校的電子圖書館什麼論文都能下到,但是他們的實驗室每個月依然會自費訂閱一些知名的紙質實體期刊,方便大家隨手翻閱。
梁明在書架上快速瀏覽著,隨手翻了翻幾本最新一期的《JFM》和《PF》,結果裡面全是些老生常談的流場分析,對他們目前遇到的微觀相變點根本沒有任何幫助。
就在他準備放棄的時候,他的目光忽然在一排全英文的頂級期刊中,掃到了一本封面印著中文的雜誌。
《華國科學:物理學力學天文學》。
梁明頓時一愣。
這片區域平時放的可都是影響因子極高的頂刊,怎麼會突然混進去一本國內的中文期刊?
他轉頭看向坐在旁邊工位上的一個負責整理資料的碩士小師弟,疑惑地問道:「師弟,這本《中國科學》怎麼放這兒了?」
碩士小師弟抬頭看了一眼,隨口解釋道:「哦,梁哥,那是前兩天《中國科學》編輯部專門給咱們實驗室免費郵寄過來的特別贈刊,裡面只有一篇文章。我本來想放去普通區,但我翻開一看,那篇論文的唯一作者居然是林葉林神!我覺林神的論文必須有排面,所以就給它插到頂刊專區里去了。」
「林葉?!」
梁明渾身一震,立刻回過頭,一把將那本《華國科學》抽了出來。
果然,在極具質感的封面上,極其顯眼地印著一行大字——【單篇特別專刊】。
而在下方,還用黑體字加粗印著一句來自嚴宏院士的極高評價推薦語:【這是一把足以撬動計算物理底層邏輯的萬能鑰匙!】
梁明的心中頓時湧起了一股極其強烈的好心。
林神居然會把最新的研究成果,投給國內的中文期刊?
而且還是以這種極其罕見的單篇特刊形式發行,甚至連嚴宏院士這種泰斗都親自背書給出了這麼變態的評價!
「這難道是又搞出了什麼神級的理論出來?但是為什麼要投給中文期刊?我記這本國產期刊也有英文版吧,而且影響因子還不低來著……」
雖然梁明心中還頗為疑惑,不過哪怕只是為了純粹地膜拜一下偶像的最新神作,梁明也毫不猶豫地拿著這本期刊,快步走回了自己的工位上,拉開椅子坐了下來。
翻開這本頗有些厚度特刊,梁明首先看向了那串極長的論文標題。
《一種基於高維辛映射的非線性拓撲邊界隔離算子及其在離散網格中的泛用性框架》
「高維辛映射?拓撲邊界隔離?」梁明一邊看著摘要,一邊在心裡驚嘆,「好傢夥,又是純數學領域的降維打擊,光看這標題就覺頭皮發麻。」
但隨著他的目光繼續往下移動,開始逐字逐句地閱讀起論文的引言部分時。
僅僅看了不到五行字,梁明那原本只是帶著膜拜和看熱鬧心態的眼神,瞬間凝固了。
【本算子旨在解決:當連續物理方程在離散網格中進行數值模擬時,因遭遇極端非線性邊界條件(如微觀相變、極限剪切應力等)而導致局部數據溢出、計算崩潰的異性死鎖問題……】
梁明死死地盯著「極限剪切應力」和「計算崩潰的異性死鎖」這幾個字眼,呼吸陡然變急促了起來。
「等等……」
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梁明的瞳孔猛地收縮,大腦中仿佛有一道閃電轟然劈下!
他們人工心臟項目現在遇到的最大死結是什麼?不就是血泵葉輪在高速旋轉時,葉片邊緣產生的極端微觀剪切應力,導致超算模擬出來的浮點數據瞬間溢出死機嗎?!
這在數學本質上,不就是這篇引言裡描述的,最典型的【非線性邊界條件計算崩潰】嗎?!
一瞬間,梁明只覺渾身的汗毛都豎了起來!
他原本只是抱著瞻仰大神純理論風采的心態來翻看的,但現在,這篇論文裡描述的這個所謂的「拓撲邊界隔離算子」,簡直就像是為他們目前面臨的絕境,量身打造的救命解藥!
沒有絲毫的猶豫,梁明眼底的膜拜瞬間轉化為了極其狂熱的重視與專注。
他一把抓起桌上的記號筆,身體死死地趴在桌面上,開始極其認真,甚至是帶著一種貪婪的姿態,逐字逐句地啃起了這篇布滿高維公式的硬核論文。
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