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材料开发的新手段:人工智能会代替材料学家吗?
来源: | 作者:vpichina | 发布时间: 2022-12-24 | 850 次浏览 | 分享到:
人工智能作为一种手段,是怎么帮助我们更快地发现新材料的。
这一理念来自IBM欧洲研发中心的资深工程师派泽-科纳普(Edward O. Pyzer-Knapp),他长期钻研人工智能对科学新发现的推动作用,还在2022年出版了一本《给物理学家的深度学习》,引起了学术界的注意。

材料开发的新手段:人工智能会代替材料学家吗?

 

人工智能作为一种手段,是怎么帮助我们更快地发现新材料的。

这一理念来自IBM欧洲研发中心的资深工程师派泽-科纳普(Edward O. Pyzer-Knapp),他长期钻研人工智能对科学新发现的推动作用,还在2022年出版了一本《给物理学家的深度学习》,引起了学术界的注意。

 

关于人工智能对材料研发进程的影响,科纳普和中科院上海陶瓷研究所合作,进行了系统性的研究,在2022年整理出了一份报告,发表在了《自然》期刊旗下的《计算材料》上。报告内容很长,专业性也很强,对整个领域有着特别深刻的认识。

 

 

材料界的痛点

要说人工智能作为一种新手段,助力新材料的开发,那么我们首先就得知道,材料界现在遇到了什么问题?为什么必须要引入人工智能来解决?

最核心的痛点就是,物质的种类实在是太多了,以至于材料学界正在陷入迷惘当中,停滞不前。在过去的一百年里,新材料发展的速度快得惊人,快到你可能都意识不到。举个例子,塑料这种我们现在已经离不开的材料,其实是上世纪70年代才流行起来的。在这之后,新型的塑料不断被发明出来,我们每一天日常生活差不多都要接触十几种不同的塑料。

但是俗话说,过犹不及,现在的材料学正在走进“多就是少”的阶段。

 

我们都知道,物质是由原子构成的,不同的原子,采取不同排列方式,就可以得到不同的物质。根据这样的规则,能够估算出,可能存在的物质种类有10的108次方这个数量级。这是一个超级巨大的天文数字,因为整个宇宙中的原子总数也不过10的80次方左右。可以这么打个比方,我们开发新材料,就和在沙滩上捡贝壳差不多,贝壳的数量非常多。刚刚开始捡的时候,随便一个贝壳都会让我们感觉很新鲜,捡起来也很快。但是,等到装贝壳的兜子快满了的时候,沙滩上无数的贝壳就成了烦恼,因为想挑到一种比之前更好看的贝壳,就需要不停地筛选,工作量实在是太大了。

 

以前我们在材料的开发上,也是靠着一些套路去寻找新的可能性。但是,这些套路往往只是一些经验规律。是不是会有反常识的套路出现,对人类来说,这是一个巨大的工作量。

但如果人工智能采用一些特定的算法,就有可能实现新的突破。而在新材料筛选的算法上,也是靠输入大数据,由人工智能进行深度学习和检索分析,看哪些结构最有可能发挥作用。

通过这种学习,机器可以训练出新的模型,并根据模型筛选出一个数据库,数据库中的新物质,经过模拟真实环境的测试之后,确定最优的目标。机器甚至还会给出合成方法的指导,让研究人员去尝试。这样一来,寻找新材料就不再是一个漫无边际的事情了,而是可以根据人工智能给出的结果,缩小范围,更快地找到新目标。