钱锋院士观点 | 人工智能赋能的化工新材料设计
文摘
科技
2025-01-02 12:20
新加坡
![]()
![]()
研究团队
钱锋，杜文莉，钟伟民，唐漾，卢静宜：华东理工大学信息科学与工程学院
文章下载
Feng QIAN, Wenli DU, Weimin ZHONG, Yang TANG & Jingyi LU. Artificial intelligence-assisted design of new chemical materials: a perspective. Sci China Inf Sci, 2024, 67(8): 186201, doi: 10.1007/s11432-023-4096-9
![]()
化工新材料是通过化学反应或对现有材料进行二次加工而创造出的一系列新物质。这些材料具有轻量化、功能强大、技术价值高等特点，超越传统化学材料的性能表现，是先进基础材料的基石，具有重要战略意义。然而，现有化工新材料的设计范式仍然以经验或理论试错方法为核心的第一、第二范式为主，需要不间断进行重复性实验，效率低下，时间、成本消耗巨大。将人工智能赋能化工新材料设计的全生命周期，能极大地加快其研发速度，显著提高研发的成功率，实现了化工新材料研发向第三、第四范式转变，这一理念也与数字化转型、数字经济和工业元宇宙的概念相契合，具有重要的研究意义。![]()
图1 CPSS系统下的基于人工智能的化工新材料设计
在人工智能赋能化工新材料的设计过程中，人类知识和其他社会因素起到了关键作用，本文基于此提出了面向化工新材料设计的网络-物理-社会系统（CPSS）框架。在设计阶段，在人类专家知识的支持下，人工智能借助高通量技术带来的大量数据学习化工新材料的潜在结构-活性关系。在制造阶段，通过结合人类监督，能进一步保障产品生产全生命周期的安全性与稳定性，保障产品质量，实现智能调控。在使用阶段，化工新材料将对各行各业产生积极的经济效益，并促进电子、医疗和环境等领域的发展。此外，本文还提出了未来研究的挑战性议题，包括可视化与数字化、工业智能、隐私保护和工业软件等。充分整合人类知识的重要作用，本文构建了基于CPSS的化工新材料设计的未来愿景，并强调了元宇宙在其中的重要作用，旨在推动基于人工智能的化工新材料设计向智能化、自动化转变。![]()
图2 CPSS系统下的化工新材料主要设计流程
![]()
![]()
![]()
