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科技

人工智能,,這樣影響科學(xué)研究

2024/11/04 10:20 來源:人民網(wǎng)    閱讀:1.1萬

  當(dāng)人工智能與科學(xué)研究“碰撞”,,能產(chǎn)生多大的能量?前不久,,2024年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)授予人工智能相關(guān)研究的學(xué)者,,引起了極大的關(guān)注。近年來,我國(guó)科學(xué)家也在多個(gè)領(lǐng)域探索“人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究”,,利用人工智能技術(shù)縮短研發(fā)周期、降低研發(fā)成本,人工智能技術(shù)與科學(xué)研究加速融合,。

  電解液,,被稱為電池的“血液”,其設(shè)計(jì)是尋找到下一代電池的關(guān)鍵之一,。然而,,電解液材料分子組合浩如煙海,逐一篩選效率非常低,。借助人工智能手段,,科研人員有了快速開發(fā)電解液材料的新方法。

  “人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究”是以機(jī)器學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù)與科學(xué)研究深度融合的產(chǎn)物,,當(dāng)前已成為全球科學(xué)研究的前沿,。今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)和化學(xué)獎(jiǎng)授予人工智能相關(guān)研究的學(xué)者,表明人工智能在科學(xué)研究上的作用越發(fā)顯著,。

  圖靈獎(jiǎng)得主,、中國(guó)科學(xué)院院士姚期智最近在騰訊新基石科學(xué)基金會(huì)和南方科技大學(xué)共同舉辦的一場(chǎng)青年科學(xué)家論壇上,以“人工智能的科學(xué)視角”為題進(jìn)行了分享,。他認(rèn)為,,人工智能科學(xué)未來發(fā)展將呈現(xiàn)兩大趨勢(shì),一是從弱智能走向通用智能,,二是為學(xué)科間的交叉賦能,,如具身智能、AI仿生,、AI+量子等新技術(shù),、新應(yīng)用將大量涌現(xiàn)。

  變  化

  帶動(dòng)科研范式從經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型

  隨著新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,,人們對(duì)電池性能的要求越來越高,,而電解液對(duì)于電池理論性能的發(fā)揮起著關(guān)鍵作用。清華大學(xué)化學(xué)工程系教授張強(qiáng)與副研究員陳翔合作,,帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出了“人工智能設(shè)計(jì)鋰電池電解液”的新方法,,實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)電解液的高效設(shè)計(jì)開發(fā)。

  在數(shù)據(jù)方面,,團(tuán)隊(duì)開發(fā)了電解液高通量計(jì)算方法與軟件,,構(gòu)建了領(lǐng)先的數(shù)據(jù)庫(kù),涵蓋25萬種以上的電解液分子結(jié)構(gòu),;在算法方面,,團(tuán)隊(duì)開發(fā)了領(lǐng)域知識(shí)嵌入的電解液大模型及軟件平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)億量級(jí)分子空間維度的電解液分子性質(zhì)快速預(yù)測(cè)與精準(zhǔn)定向設(shè)計(jì),。陳翔說,,基于這些工具,,科研人員可以根據(jù)用戶需求開發(fā)最合適的電解液。

  人工智能與科學(xué)研究的深度融合,,既提升了人工智能應(yīng)用水平,,也帶動(dòng)了科學(xué)研究范式從經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型。

  對(duì)人工智能技術(shù)帶來的變革,,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員,、國(guó)家南繁研究院副院長(zhǎng)李慧慧同樣感受深切。

  “常規(guī)育種方法依賴經(jīng)驗(yàn),,耗時(shí)長(zhǎng),,且對(duì)表現(xiàn)型容易受環(huán)境影響性狀的改良效率較低。通過人工智能算法,,科研人員能夠在育種家進(jìn)行田間試驗(yàn)前,,快速預(yù)測(cè)作物田間表現(xiàn),大大縮短育種周期,?!崩罨刍壅f。

  全球約1750個(gè)植物種質(zhì)庫(kù)保存著超700萬份種質(zhì)資源,,受限于分析工具,,許多珍貴的遺傳資源尚未得到充分利用?!叭斯ぶ悄茌o助的基因組選擇能在幾周內(nèi)分析上百萬基因型,,極大提升了育種流程效率和精度,應(yīng)用潛力巨大,?!崩罨刍壅f。

  應(yīng)  用

  縮短周期,、降低成本,,人工智能賦能科研向深度、廣度拓展

  專家表示,,物理,、化學(xué)、材料等學(xué)科,,是典型的理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的領(lǐng)域,。布局人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究,,有助于增強(qiáng)基礎(chǔ)研究的比較優(yōu)勢(shì),。

  近年來,人工智能技術(shù)與科學(xué)研究加速融合,,正不斷向深度和廣度拓展,。張強(qiáng)介紹,,2011年左右,國(guó)際上嘗試將人工智能技術(shù)用于材料開發(fā),。近些年,,數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的材料學(xué)研究顯著提速。

  “目前,,人工智能已經(jīng)應(yīng)用到電池研究的各個(gè)領(lǐng)域,,涉及電池工作機(jī)理探究、新材料開發(fā)等諸多方面,?!睆垙?qiáng)認(rèn)為,人工智能在處理海量數(shù)據(jù)等方面優(yōu)勢(shì)顯著,,與電池理論,、實(shí)驗(yàn)研究方法進(jìn)一步結(jié)合,將有力推動(dòng)下一代高比能電池,、固態(tài)電池,、快充電池、寬溫域電池等的開發(fā)與迭代,。

  利用人工智能技術(shù)研究鋰電池,,我國(guó)總體上處于國(guó)際第一梯隊(duì),一些成果受到科學(xué)界廣泛關(guān)注,。比如,,電子科技大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了高比能鋰金屬電池狀態(tài)估計(jì)與壽命預(yù)測(cè)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法,指導(dǎo)設(shè)計(jì)了延長(zhǎng)電池使用壽命的方法,;中國(guó)科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)與張強(qiáng)/陳翔團(tuán)隊(duì)合作,,結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)模型與高通量篩選,開發(fā)了寬溫域電解液新分子,。

  不僅是材料研發(fā),,在生命科學(xué)、藥物研發(fā),、半導(dǎo)體,、環(huán)境科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,科學(xué)家都在探索利用人工智能技術(shù),,縮短研發(fā)周期,、降低研發(fā)成本。

  近年來,,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院加速推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技與人工智能技術(shù)融合創(chuàng)新,,在生物育種、智能農(nóng)機(jī)裝備等領(lǐng)域組建交叉學(xué)科團(tuán)隊(duì),。如今,,李慧慧帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)基于深度學(xué)習(xí)算法的基因組選擇模型,、全流程智慧育種平臺(tái)等算法工具,進(jìn)而提升水稻,、玉米,、小麥等主糧作物的育種效率?!拔覀?cè)谥腔塾N上初步取得了一些成果,。比如,利用機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)算法深度融合基因組,、轉(zhuǎn)錄組和表型數(shù)據(jù),,識(shí)別出控制作物抗逆和高產(chǎn)的關(guān)鍵基因?!崩罨刍壅f,。

  推動(dòng)人工智能與科學(xué)研究融合,技術(shù)支撐平臺(tái)很重要,。上海交通大學(xué)人工智能研究院常務(wù)副院長(zhǎng)楊小康說,,為幫助更多老師使用人工智能輔助科研,學(xué)校和百度智能云聯(lián)合打造了人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究平臺(tái),,實(shí)現(xiàn)了生成式人工智能與科研場(chǎng)景的結(jié)合,。基于百度智能云提供的算力,、大模型開發(fā)工具鏈等能力,科研人員在化學(xué)合成,、流體計(jì)算,、城市科學(xué)、法律等優(yōu)勢(shì)學(xué)科開展研究,,取得了一系列突破成果,。

  以抗艾滋病病毒(HIV)小分子設(shè)計(jì)為例,上海交通大學(xué)人工智能研究院總工程師金耀輝介紹,,過去篩選先導(dǎo)化合物需要2到3年,,基于人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究平臺(tái),科研人員2分鐘內(nèi)就生成超過25萬個(gè)全新分子,,并在30分鐘內(nèi)進(jìn)一步篩選出172個(gè)潛在有效的分子,,大幅提升分子設(shè)計(jì)的迭代效率。

  展  望

  推動(dòng)人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究,,釋放應(yīng)用潛力

  2023年2月,,科技部會(huì)同國(guó)家自然科學(xué)基金委啟動(dòng)了“人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究”專項(xiàng)部署工作,緊密結(jié)合數(shù)學(xué),、物理,、化學(xué)、天文等基礎(chǔ)學(xué)科關(guān)鍵問題,,圍繞新藥創(chuàng)制,、基因研究、生物育種,、新材料研發(fā)等重點(diǎn)領(lǐng)域科研需求,,布局前沿科技研發(fā)體系,推動(dòng)人才聚集與國(guó)際交流合作,。

  如何推動(dòng)人工智能與科學(xué)研究更好融合,?

  在陳翔看來,數(shù)據(jù)和模型是兩大關(guān)鍵因素,,“我國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,,與電池前沿研究相互促進(jìn),為人工智能研究奠定了深厚的數(shù)據(jù)基礎(chǔ),,這是重要的優(yōu)勢(shì),。”

  李慧慧表示,,將人工智能應(yīng)用到作物育種上,,我國(guó)在一些領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力,但相比國(guó)際先進(jìn)水平,,在高質(zhì)量數(shù)據(jù)的積累,、開放共享上仍存在一定差距?!氨仨毟玫卣峡鐚W(xué)科,、跨團(tuán)隊(duì)的數(shù)據(jù)資源,優(yōu)化算法性能,,并擴(kuò)大人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍,。”她建議,。

  “人工智能技術(shù)更好助力科研,,離不開算力支撐,需要構(gòu)建高效穩(wěn)定的人工智能異構(gòu)算力底座,?!睏钚】嫡f,學(xué)校接下來將升級(jí)平臺(tái)能力,,努力開創(chuàng)人工智能與科研場(chǎng)景相結(jié)合的創(chuàng)新示范,。

  受訪專家建議,需要加強(qiáng)相關(guān)學(xué)科與人工智能交叉領(lǐng)域的復(fù)合型人才培養(yǎng),?!翱梢酝ㄟ^鼓勵(lì)不同學(xué)科背景深度合作,引導(dǎo)開展交叉研究,,發(fā)現(xiàn)研究的真問題,、痛點(diǎn)和難題,釋放人工智能應(yīng)用的潛力,?!睆垙?qiáng)說。

  陳翔提醒,,一些國(guó)家在人工智能大模型開發(fā),、專用芯片開發(fā)等方面占據(jù)主導(dǎo),推動(dòng)我國(guó)“人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究”持續(xù)健康發(fā)展,,還需要努力補(bǔ)上這些方面的短板。

  近年來,,我國(guó)“人工智能驅(qū)動(dòng)的科學(xué)研究”發(fā)展很快,,一些領(lǐng)域逐漸走向國(guó)際前沿,不久有望實(shí)現(xiàn)更多有價(jià)值的突破,。張強(qiáng)/陳翔團(tuán)隊(duì)正著力打通從人工智能設(shè)計(jì)電解液到投入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的完整鏈條,,李慧慧和團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)推進(jìn)作物雜交種基因組選擇以及環(huán)境適應(yīng)性預(yù)測(cè)模型的開發(fā)?!拔覀儗?duì)未來研究充滿信心,。”他們說,。(記者 姜泓冰)



責(zé)任編輯:劉萌萌

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