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            機數新聞

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            新華日報熱評:大數據與AI驅動,上億材料“海選”不是天方夜譚
            發布時間:2021-4-2 來源:機數科技 瀏覽:213次

            人工智能賦能

            “海選”上億材料組合不再天方夜譚

            材料有多重要?被稱為“產業糧食”,支撐高科技的迅速發展,小到家居用品,大到國際空間站,都少不了新材料的研發。過去,科學家在實驗室中不斷探索材料科學,燈絲材料鎢就經歷了幾千次的實驗,新材料的開發更似“海里撈針”,即便是頂尖材料科學家,要成功有時候還需要點運氣。

            “簡單總結材料科學的三個基本特點,其實和圍棋、蛋白質折疊這些問題很相似,第一底層規則清晰,第二衍化復雜,第三可能的數據量極其宏大。”材料大數據項目負責人陳忻表示,材料科學的底層規則是量子力學,大多數情況下,量子力學另加幾個物理常數,理應決定了所有的材料的結構和性能的問題。“但事實上,除了極少數簡單體系外,我們很難對復雜材料體系做出有效的預測。”陳忻告訴記者,用傳統的窮舉、試錯的方法,涉及的是上萬,甚至上億級別的組合。

            近年來國際形勢的發展及市場的需要都給我國材料科學的研發提出了全新的挑戰。“材料研發亟需探索新的范式,就在十幾年前,很多人認為圍棋、蛋白質折疊等都是短期內無法解決的問題。隨著人工智能近年來的快速發展,這些歷史上的難題最近都被逐一攻破了。”陳忻告訴記者,用人工智能、大數據賦能材料設計,“海選”上億級別的材料組合不再是天方夜譚。


            人工智能、大數據賦能材料設計



            “材料研發的數字化是時代的趨勢,美國白宮于2011年提出了材料基因組計劃,并將其上升到國家戰略的層級,雖然這個計劃的提出已經有將近10年了,但今天看起來它仍然具有很強的前瞻性。”陳忻說,項目計劃在姑蘇實驗室建立一個大規模的材料科學數據庫,以這個數據庫為基礎,開發和利用人工智能的算法,來發現并總結出各類不同材料體系的結構性質性能之間的構效關系,從而對變化莫測的材料性能實現預判,目前準確率可以達到95%,在遙遠的將來,目標是讓AI媲美頂尖材料科學家

            “我們的項目實際上是探索一種數據驅動的材料開發新范式,即基于材料大數據尋找新材料設計方案”材料大數據項目科學家江俊告訴記者,這種范式從原理上來說適用于所有材料開發,不過目前該項目主要集中在半導體、合金材料、化合物的逆向合成這三個領域,通過大數據、人工智能分析海量材料數據,幫助相關企業找到解決問題的方案,打通材料開發的瓶頸。

            10多年前一次日本之行,令江俊意識到數據積累的重要性。“我們去參觀日本的一個企業重點實驗室,發現里面有好多我們中文的科學期刊和雜志。我當時覺得很意外,因為那時候我們材料科學的起點還比較低,大家都傾向于多學習歐美的先進資料。對方就說,歐美學術頂刊的內容確實都是前沿,但是缺乏細致的全貌。而中國的科研隊伍比較龐大,也善于跟隨國際上出現的前沿新材料做,做很多細致的細節的研究,他們把這些數據拿過來,就能拼湊出某種新材料各個側面、各種組分、各類條件下研究的全貌,能夠基于這些數據找到更好的篩選設計方案。

            受此啟發,江俊意識到材料數據對產業的支撐作用,也開始進行材料數據的挖掘和積累工作。2016年前后,隨著國際形勢變化,很多企業在創新自己的新材料時被卡了脖子,“那時候他們還能買到很好的設備,還能請到一流的科學家和工程師回國來做事情,但是國外的數據是從來拿不到的,因為這是國外企業最核心的創新源頭。”沒有數據就摸索不到科學規律,江俊更堅定了積累、挖掘數據的信念,“我們必須要積累自己的數據,科學文獻以及公開發布的專利、在實驗室里標準化的高通量數據測量、高精度的計算機模擬等,這都是我們的數據來源。而運用大數據、人工智能技術能夠從海量的、復雜的、不完善的、甚至是存在錯誤的數據里面找到一些規律,獲得有效數據。”

            圖片來源:“機數大材庫”數據庫

            文章來源:

            《新華日報》http://xh.xhby.net/pc/con/202103/31/content_905598.html

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