作为人工智能发展的一大趋势ღღღ★,国际学术界已对“人工智能驱动的科学研究”形成共识ღღღ★:人工智能将带来科研范式的变革和新的产业业态ღღღ★。
在中国科学技术大学校园里ღღღ★,化学与材料科学学院的一群科研人员正积极投身这项实践ღღღ★:深耕精准智能化学领域ღღღ★,推动科研范式变革ღღღ★,并取得了一系列令人瞩目的科研成果ღღღ★。
如何创制一款芬顿催化剂?在中科大“机器化学家”实验室里ღღღ★,大量瓶瓶罐罐的实验工作被人工智能“取代”壹定发官方ღღღ★,科研人员无需试来试去壹定发官方ღღღ★,整个过程简单而高效ღღღ★。
记者在实验室看到ღღღ★,科研人员在人工智能程序中输入问题ღღღ★:什么类型的非贵金属元素常用于芬顿催化剂?很快ღღღ★,程序就会给出答案ღღღ★。程序提供的答案来自自主研发的文献机器阅读系统ღღღ★,它能迅速读取海量文献ღღღ★,基于统计数据分析ღღღ★,帮助科研人员选择最佳的元素组合ღღღ★。接下来ღღღ★,就可以调出“机器化学家”平台中保存的芬顿催化剂实验模板ღღღ★,根据人工智能推荐的元素组合编辑液体进样站的参数ღღღ★,并让名为“小来”的“机器化学家”平台帮助进行实验验证ღღღ★。这样ღღღ★,“小来”便可以开始它的芬顿催化剂创制之旅ღღღ★。
“实验数据经处理后ღღღ★,输入‘小来’独有的计算大脑中ღღღ★,产生人工智能模型ღღღ★,可以帮助科研人员优化实验方案ღღღ★。”中科大化学与材料科学学院教授江俊告诉记者ღღღ★。
“小来”等人工智能工具和平台ღღღ★,是中科大化学与材料科学学院江俊团队的研发成果ღღღ★。其中ღღღ★,人工智能程序由化学数据驱动ღღღ★,并结合人类化学家的知识进行机器学习训练ღღღ★,能够针对使用者提出的问题给出初步的实验建议ღღღ★。“小来”则是团队自主开发的集阅读文献ღღღ★、自主设计实验ღღღ★、材料开发于一体的“全流程机器化学家”平台ღღღ★,它能够从数以亿计的可能组合中找到最优解ღღღ★,进而加快材料研发ღღღ★。
“全流程机器化学家”平台到底有多强大?以潜力巨大的高熵化合物催化剂为例ღღღ★:获得最优配方需要测试极其庞大的化学配比组合ღღღ★,如果依赖传统研究范式ღღღ★,这一过程可能需要1400年ღღღ★,而“机器化学家”发挥数据驱动和智能优化的优势ღღღ★,从55万种可能的金属配比中找出最优的高熵催化剂祭亡灵杀手ღღღ★,仅需要5周时间ღღღ★。
专家认为ღღღ★,这种“机器化学家”的研究工作摆脱了传统研究范式的限制ღღღ★,展现出智能新范式的巨大优势ღღღ★。
猜测壹定发官方ღღღ★、尝试ღღღ★、纠错ღღღ★,再猜测ღღღ★、再尝试……在过去150多年里ღღღ★,传统的化学研究范式深度依赖“试错法”ღღღ★,其局限性使得物质创制的周期长ღღღ★、成本高ღღღ★,难以实现高效ღღღ★、节能ღღღ★。
此后ღღღ★,由量子力学发展而来的量子化学ღღღ★,成为化学家使用的工具ღღღ★。化学家们可以在计算机上进行模拟实验来验证某个理论ღღღ★,大大提升了效率ღღღ★。然而ღღღ★,化学研究对象日益复杂化ღღღ★、高维化ღღღ★,面对庞大的化学空间ღღღ★,配方和工艺的搜索常常止步于局部最优ღღღ★,无法进行全局探索ღღღ★。
在计算化学领域有过10年研究经历的江俊感慨ღღღ★:“我们的化学体系非常复杂ღღღ★,超算虽然进化很快ღღღ★,但还是无法应对它的复杂度ღღღ★。”
“精准化是所有化学家的一个梦想ღღღ★。我希望把这个东西放进去ღღღ★,想让它转化成什么就能百分百转化成什么ღღღ★,过程中还不会产生任何另外的东西祭亡灵杀手ღღღ★。”李震宇说ღღღ★,“这就要求整个化学研究能做到精准的设计ღღღ★、表征祭亡灵杀手ღღღ★、制备和调控壹定发官方ღღღ★,要求整个过程是透明可控的ღღღ★,里面的机理也是清楚的ღღღ★。要实现这个目标ღღღ★,整个研究范式必须改变ღღღ★。”
江俊认为ღღღ★,大数据与人工智能技术可以把科学知识数字化ღღღ★、代码化ღღღ★,并进行迁移ღღღ★。“也就是说ღღღ★,我们随时调用优秀研究者发明的代码ღღღ★。他们的智慧结晶ღღღ★,只要我用一个‘子函数’就能调用过来ღღღ★。如果只靠人脑来学习ღღღ★、实践和训练的话ღღღ★,整个过程就会很漫长ღღღ★,知识的迁移就会变得低效ღღღ★。”
于是ღღღ★,江俊心中萌生了一个想法ღღღ★:是否可以借助人工智能技术开发一种新工具?在他的构想当中ღღღ★,这个工具能够帮助科学家突破思维局限ღღღ★,利用数据建立有效的复杂模型ღღღ★,从而指导化学实践ღღღ★。
2014年ღღღ★,江俊团队提出“机器化学家”概念并开展相关科研工作ღღღ★。经过8年攻关ღღღ★,团队通过开发和集成移动机器人ღღღ★、化学工作站ღღღ★、智能操作系统ღღღ★、科学数据库等技术ღღღ★,在2022年成功研制出数据智能驱动的“全流程机器化学家”ღღღ★。
如今ღღღ★,“全流程机器化学家”在科学研究中发挥着积极作用ღღღ★。中科大邹纲团队筛选光学活性薄膜材料时ღღღ★,为找到目标材料ღღღ★,需要混合多种分子来控制薄膜厚度ღღღ★、应力ღღღ★、灰度等工艺条件ღღღ★,其可能性有上百万种ღღღ★。团队努力了10年ღღღ★,终于将不对称因子提高到了1.2ღღღ★,但离理论极限2.0还有非常大的差距ღღღ★。借助“小来”ღღღ★,他们在两个月内找到了不对称因子1.95的工艺条件ღღღ★,高度逼近理论极限ღღღ★。
江俊成功走出了第一步壹定发官方ღღღ★,让化学科学家们深受鼓舞ღღღ★,更加坚定了以人工智能技术推动化学科研范式变革的决心ღღღ★。
今年1月祭亡灵杀手ღღღ★,中国科学院精准智能化学重点实验室正式获批建设ღღღ★,李震宇担任实验室主任ღღღ★。“实验室主要面向世界科技前沿祭亡灵杀手ღღღ★,聚焦如何改变化学研究范式这一关键科学问题ღღღ★,探索建立化学研究的精准化ღღღ★、智能化双驱动模式ღღღ★。”李震宇介绍ღღღ★。
李震宇认为ღღღ★,当前人工智能技术应用于化学研究最大的困难和挑战来自数据ღღღ★。“已有的大量数据来源复杂ღღღ★,质量参差不齐ღღღ★。这些数据混在一起ღღღ★,让人工智能去学习ღღღ★,很可能会学到一些错误的知识ღღღ★。所以ღღღ★,我们希望发展一些新的技术ღღღ★,能够进行一些更高精准度的表征ღღღ★,同时还能够形成一套数据标准ღღღ★,在这个基础上去做数据驱动的智能化学ღღღ★。”
“机器化学家”的出现ღღღ★,让化学家们解放了双手ღღღ★。也有人担心ღღღ★:未来化学家们可能会无事可做ღღღ★。江俊表示不用为此多虑ღღღ★:“一个好的技术工具出来ღღღ★,也会赋予更多的可能性ღღღ★,让科研人员做更多的事情ღღღ★,发现更多的前沿理论ღღღ★。”
“机器化学家”的出现ღღღ★,推动化学研究范式的改变ღღღ★,也对未来的化学发展提出了新的要求ღღღ★。江俊说ღღღ★,比如ღღღ★,在人才培养方面ღღღ★,既需要具备扎实的化学基础ღღღ★,还要有开放的心态壹定发官方ღღღ★,要善于ღღღ★、敢于学习各种新知识ღღღ★。
未来ღღღ★,江俊希望建成一个“机器化学家”大科学装置ღღღ★:在一整栋大楼里ღღღ★,布置上百个机器人ღღღ★、上千个智能化学工作站壹定发官方ღღღ★。基于这样一个大平台ღღღ★,各个课题组的实验数据可以交汇ღღღ★、共享ღღღ★,产生海量数据ღღღ★,自动提炼出数字化的知识图谱和人工智能的模型ღღღ★,进而指导机器人自动优化生产更好祭亡灵杀手ღღღ★、更高效率的化学品或新材料ღღღ★,实现数据智能驱动的化学研究新范式ღღღ★。
对于精准智能化学重点实验室的首个重点应用研究ღღღ★,李震宇和同事们目前有了一个明确的目标ღღღ★:基于精准化ღღღ★、智能化双驱动的化学研究新范式ღღღ★,对现有氮资源转化相关反应进行全面评估ღღღ★,提出绿色低能耗转化新路径ღღღ★,创制新型催化体系ღღღ★,在氮资源综合利用领域实现突破ღღღ★。壹定发手机在线游戏网址ღღღ★。壹定发官方ღღღ★!壹定发官网登录壹定发(中国游)官方网站ღღღ★,重庆壹定發实业(集团)有限公司ღღღ★!壹定发在线游戏登录网址ღღღ★,壹定发平台ღღღ★,壹定发官方网站ღღღ★!