中國網/中國發展門戶網訊 （記者王虔）隨著人工智慧領域技術不斷突破、應用範圍不斷拓展，如何將其與大數據一起應用於科研範式變革中，成為了科技工作者們高度關注的話題。在這一新興領域，中國科學技術大學正在讓深度依賴“試錯法”的化學研究，探尋出“精準之道”。

目標與探索

化學是基礎科學中極為重要的一門，是多學科交叉的聚集點和出發地。傳統的化學研究範式深度依賴於“試錯法”，新物質創制的週期長、成本高，無法實現高效節能，同時大量中間過程細節不明。2023年1月18日，在長期積累的基礎上，以中科大化學學科為主體的精準智慧化學重點實驗室獲中科院批准建設，聚焦如何改變化學研究範式，探索建立化學研究的精準化、智慧化雙驅動模式。“精準化學是化學家的夢想。”實驗室主任李震宇教授表示，希望經過一段時間的探索發展，能夠把化學研究範式變成以精準化和智慧化驅動，通過自主學習和優化反饋，針對複雜反應和體系探索全新路徑，找到全局最優解，跳出原有的試錯法框架。

李震宇介紹，實驗室需要發展面向複雜化學過程和材料體系的基礎理論、底層演算法及高效並行計算軟體，建立可擴展、可相容的精準表徵實驗數據體系，發展具有自主作業系統和強大化學智慧的機器化學家平臺，並在此基礎上提出反應新路徑，創制新型催化體系，精準調控材料性能，實現突破性技術。“我們希望把實驗室建成一個精準智慧化學領域國際頂尖的研究機構，形成一個新的精準智慧化學的範式，建立我們國家主導的精準化學數據體系和智慧化學軟硬體標準。”

實踐與成果

依託學科研究和實驗室的發展，中科大在“精準化學”的尋道之路上開始取得可喜的成果。江俊教授介紹了自己的研究項目——數據智慧驅動的機器化學家平臺。他表示，在傳統範式之下，化學體系研究常常理實脫節，數據智慧時代帶來了機遇，可以用理論模擬大數據産生可解釋的預訓練模型，依託應用實踐小數據做遷移學習，建立面向複雜體系的“理實交融”模型。在“機器化學家”項目的實踐中，江俊和學生們讓機器閱讀學習了海量的論文，並用自然語言處理工具將資訊挖掘出來，形成了結構化的數據，基於此，機器就可對研究問題提出解決假設。然後，在化學家的監督之下，自主開發的作業系統驅動機器人做實驗，精度要明顯高於人工操作。同時，驅動高通量計算産生理論大數據，通過機器學習形成預訓練模型，再以機器實驗數據校準，完成精準預測，實現智慧化的化學創造。江俊表示，“機器化學家”的培養，是通過海量閱讀、多維思考、精準操作、快速迭代、突破經驗，科學思維的迭代進化迅速，同時遷移僅需代碼複製，方便“科學家”的批量生産。他介紹，未來將賦予機器人對化學過程的感知與預判能力，包括增強看、聞、聽、觸的環境感知和基於光譜的物質理解能力，開展科學家監督下的機器學習+實驗，形成大規模智慧創制平臺。希望在2030年，機器化學家能夠“進化”為具備創造力的智慧科學家，實現數據與智慧驅動的化學研究新範式。

姚宏斌教授近年來一直專注于研究“雙碳”背景下電化學儲能重大需求問題—高能量密度和高安全性。他表示，電化學儲能領域追求的終極目標是全固態鋰金屬電池，然而目前沒有成熟的全固態鋰金屬電池發佈，究其原因，則是已有固態電解質材料在室溫離子電導率、易加工性、氧化穩定性、還原穩定性、界面接觸性等方面的“不理想”。經過比對研究，姚宏斌團隊將目光投向了一個“新家族”——鑭係金屬鹵化物固態電解質。經過大量的模擬計算與實驗分析發現，其具備高離子電導率、低活化能，具有低溫環境中的工作潛力，同時無需負極界面層修飾，即可實現對鋰金屬的穩定迴圈，而且該體系具有強大的可拓展性，面向實際電池應用方面有著非常大的開發潛力。姚宏斌介紹，目前對於新材料的研究還在進行中，“下一步我想通過人工智慧的機器學習，讓我們的材料設計更精準一點，優化出更好的電解質體系，能夠實現更穩定的界面，做出更好的電池。”

人才與未來

人工智慧、大數據，看似是“脫離”了人，實則都離不開人的努力；基礎研究更是需要人才的培養與投入。李震宇主任介紹，精準智慧化學重點實驗室團隊成員以中科大化學材料科學學院的老師為主，同時也充分發揮多學科交叉和中科院所繫結合的優勢，目前有固定研究人員99人，除化學與材料科學科外，電腦、人工智慧、大數據等方向人員佔比15%以上，均以年輕人才為主體。實驗室的未來規劃是：2025年成為精準智慧化學領域國際頂尖研究機構，完成化學研究新範式的要素建設；實現工況下複雜化學過程的精準計算與表徵，發展具有自主作業系統和最強大腦的機器化學家平臺。到2030年，保持精準智慧化學領域國際頂尖地位，形成化學家-智慧化學家深度融合的科研新範式；建立精準化學數據體系，主導國際通用的智慧化學軟硬體標準。

在基礎研究人才培養方面，江俊認為，未來化學人才首先要有紮實的基礎，在自己專業裏把知識的脈絡看清楚，遷移到另外一個專業時就能很快掌握其精髓；其次是要有開放的心態，敢於學新的東西。“我們要相信我們的學生比我們更有創造力。”