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從經(jīng)驗主導(dǎo)向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)型,,更加高效精準(zhǔn) 人工智能,這樣影響科學(xué)研究

核心閱讀當(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)獎和化學(xué)獎授予人工智能相關(guān)研究的學(xué)者,引起了極大的關(guān)注,。近年來,,我國科學(xué)家也在多個領(lǐng)域探索“人工智能驅(qū)動的科學(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)動的科學(xué)研究”是以機器學(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)獎和化學(xué)獎授予人工智能相關(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。圖靈獎得主,、中國科學(xué)院院士姚期智最近在騰訊新基石科學(xué)基金會和南方科技大學(xué)共同舉辦的一場青年科學(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,,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),。變化帶動科研范式從經(jīng)驗主導(dǎo)向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)型隨著新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,人們對電池性能的要求越來越高,,而電解液對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)工程系教授張強與副研究員陳翔合作,帶領(lǐng)團隊提出了“人工智能設(shè)計鋰電池電解液”的新方法,,實現(xiàn)了先進(jìn)電解液的高效設(shè)計開發(fā),。在數(shù)據(jù)方面,團隊開發(fā)了電解液高通量計算方法與軟件,,構(gòu)建了領(lǐng)先的數(shù)據(jù)庫,,涵蓋25萬種以上的電解液分子結(jié)構(gòu);在算法方面,,團隊開發(fā)了領(lǐng)域知識嵌入的電解液大模型及軟件平臺,,可以實現(xiàn)億量級分子空間維度的電解液分子性質(zhì)快速預(yù)測與精準(zhǔn)定向設(shè)計。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,,也帶動了科學(xué)研究范式從經(jīng)驗主導(dǎo)向數(shù)據(jù)驅(qū)動轉(zhuǎn)型。對人工智能技術(shù)帶來的變革,,中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所研究員,、國家南繁研究院副院長李慧慧同樣感受深切?!俺R?guī)育種方法依賴經(jīng)驗,,耗時長,且對表現(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)行田間試驗前,,快速預(yù)測作物田間表現(xiàn),大大縮短育種周期,?!崩罨刍壅f。全球約1750個植物種質(zhì)庫保存著超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,,是典型的理論和實驗相結(jié)合的領(lǐng)域。布局人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究,,有助于增強基礎(chǔ)研究的比較優(yōu)勢,。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,。張強介紹,2011年左右,,國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)動的材料學(xué)研究顯著提速,?!澳壳埃斯ぶ悄芤呀?jīng)應(yīng)用到電池研究的各個領(lǐng)域,,涉及電池工作機理探究,、新材料開發(fā)等諸多方面。”張強認(rèn)為,,人工智能在處理海量數(shù)據(jù)等方面優(yōu)勢顯著,,與電池理論、實驗研究方法進(jìn)一步結(jié)合,,將有力推動下一代高比能電池,、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,我國總體上處于國際第一梯隊,,一些成果受到科學(xué)界廣泛關(guān)注,。比如,電子科技大學(xué)團隊開發(fā)了高比能鋰金屬電池狀態(tài)估計與壽命預(yù)測的機器學(xué)習(xí)方法,,指導(dǎo)設(shè)計了延長電池使用壽命的方法,;中國科學(xué)院物理研究所團隊與張強/陳翔團隊合作,結(jié)合機器學(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)機裝備等領(lǐng)域組建交叉學(xué)科團隊,。如今,李慧慧帶領(lǐng)團隊致力于開發(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,。“我們在智慧育種上初步取得了一些成果,。比如,,利用機器學(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。推動人工智能與科學(xué)研究融合,,技術(shù)支撐平臺很重要,。上海交通大學(xué)人工智能研究院常務(wù)副院長楊小康說,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)動的科學(xué)研究平臺,,實現(xiàn)了生成式人工智能與科研場景的結(jié)合?;诎俣戎悄茉铺峁┑乃懔?、大模型開發(fā)工具鏈等能力,科研人員在化學(xué)合成,、流體計算,、城市科學(xué)、法律等優(yōu)勢學(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)動的科學(xué)研究平臺,科研人員2分鐘內(nèi)就生成超過25萬個全新分子,,并在30分鐘內(nèi)進(jìn)一步篩選出172個潛在有效的分子,,大幅提升分子設(shè)計的迭代效率。展望推動人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究,,釋放應(yīng)用潛力2023年2月,,科技部會同國家自然科學(xué)基金委啟動了“人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究”專項部署工作,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)等重點領(lǐng)域科研需求,布局前沿科技研發(fā)體系,,推動人才聚集與國際交流合作,。如何推動人工智能與科學(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,。”李慧慧表示,,將人工智能應(yīng)用到作物育種上,,我國在一些領(lǐng)域展現(xiàn)出強勁的競爭力,但相比國際先進(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,、跨團隊的數(shù)據(jù)資源,優(yōu)化算法性能,,并擴大人工智能技術(shù)的應(yīng)用范圍,。”她建議,?!叭斯ぶ悄芗夹g(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,。”楊小康說,,學(xué)校接下來將升級平臺能力,,努力開創(chuàng)人工智能與科研場景相結(jié)合的創(chuàng)新示范。受訪專家建議,,需要加強相關(guān)學(xué)科與人工智能交叉領(lǐng)域的復(fù)合型人才培養(yǎng),。“可以通過鼓勵不同學(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、痛點和難題,,釋放人工智能應(yīng)用的潛力,。”張強說,。陳翔提醒,,一些國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),推動我國“人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究”持續(xù)健康發(fā)展,,還需要努力補上這些方面的短板,。近年來,我國“人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究”發(fā)展很快,,一些領(lǐng)域逐漸走向國際前沿,,不久有望實現(xiàn)更多有價值的突破。張強/陳翔團隊正著力打通從人工智能設(shè)計電解液到投入產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的完整鏈條,,李慧慧和團隊將重點推進(jìn)作物雜交種基因組選擇以及環(huán)境適應(yīng)性預(yù)測模型的開發(fā),。“我們對未來研究充滿信心,?!彼麄冋f。(來源:人民日報)

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