人工智能+科學(xué)研究 范式改變創(chuàng)新加速｜科技推動(dòng)力

剛剛過(guò)去的一年，中國(guó)人工智能正以“超級(jí)大腦”之勢(shì)，驅(qū)動(dòng)千行百業(yè)發(fā)生深刻變革。2026年，深化拓展“人工智能+”行動(dòng)將繼續(xù)實(shí)施。人工智能，不僅越來(lái)越多地出現(xiàn)在我們的生活和工作中，也正在讓科學(xué)研究的范式發(fā)生深刻變革。

人工智能+科學(xué)研究

范式改變創(chuàng)新加速

把“人工智能”加在科學(xué)研究上，就像給科研人員配上超級(jí)智能的全能科研搭檔，把科研人員從重復(fù)、耗時(shí)的工作里解放出來(lái)，讓原本需要幾年、十幾年的科研突破時(shí)間上大幅縮短、更快落地。本期《科技推動(dòng)力》，到中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，去看看人工智能和科學(xué)研究擦出了怎樣的火花。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生 方天成：我們現(xiàn)在可以看到這個(gè)鐵已經(jīng)完全流淌起來(lái)了。

記者：這個(gè)防熱材料基本上還是完好的。

方天成：是的，不僅這樣，我們的手可以放在底下，不會(huì)感到燙。

博士生用AI研發(fā)出抗高溫新型阻燃材料

可承受千度高溫的這款新型阻燃材料，出自中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)方天成博士之手。用這種新材料做成的防火服，它的防熱效果究竟如何，記者現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了體驗(yàn)。

總臺(tái)央視記者 帥俊全：這個(gè)焊槍溫度大概在1500℃以上，我們用傳統(tǒng)氣凝膠防火材料試下它的效果，大概幾秒鐘的時(shí)間就已經(jīng)燒穿了。然后我們?cè)賮?lái)實(shí)驗(yàn)一下新材料，1、2、3、4、5、6，你看6秒鐘過(guò)去了，新材料很好地起到了阻熱的效果，胳膊也只有一點(diǎn)溫溫的感覺(jué)，這個(gè)材料確實(shí)是太神奇了。

神奇的材料來(lái)自方天成的博士生課題，然而當(dāng)他提出要把實(shí)用產(chǎn)品也做出來(lái)時(shí)，卻被導(dǎo)師質(zhì)疑“目標(biāo)太大了”。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生 方天成：說(shuō)實(shí)話，的確就是按照一般的科研規(guī)律來(lái)說(shuō)，是需要非常多年的，所以江老師也不是很支持，覺(jué)得我可能沒(méi)法按時(shí)畢業(yè)。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 江俊：進(jìn)行相變吸能這種研究方法，也有很多人已經(jīng)嘗試過(guò)，我也了解過(guò)，但我覺(jué)得這個(gè)還是非常艱難，因?yàn)榇蠹易隽诉@么長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有突破，然而這一次，方天成用大模型顛覆了我的認(rèn)知。

AI讓阻燃材料研發(fā)周期縮短三分之二

傳統(tǒng)阻燃材料從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到產(chǎn)業(yè)驗(yàn)證，通常要3到5年時(shí)間，僅僅配方篩選、中試放大就要2年以上。但是，方天成和AI大模型聯(lián)手合作，從研發(fā)到量產(chǎn)，只用了11個(gè)月，周期縮短了三分之二。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生 方天成：我主要扮演策略的提出者，還有模型的架構(gòu)，對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)叫作失之毫厘、差之千里，我們只要有一點(diǎn)不行，就可能導(dǎo)致結(jié)果不行，但是智能化學(xué)家主要起到的作用是幫我們大量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后來(lái)快速分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在敲定研發(fā)方向這塊起到了非常重要的作用，還有快速補(bǔ)全了我們的知識(shí)盲區(qū)。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 江俊：大致4個(gè)月我們就把材料篩選出來(lái)了，目前這個(gè)防火阻燃材料相比傳統(tǒng)的性能提升了200多倍，比如說(shuō)我們傳統(tǒng)的防火阻燃材料在1400℃高溫下面，3毫米的材料只能堅(jiān)持約30秒，但是我們可以做到幾十分鐘。

這里面我覺(jué)得一個(gè)非常有意義的地方在于，有了大模型和科研機(jī)器人，它能讓一個(gè)新生跨越知識(shí)門(mén)檻和能力門(mén)檻，讓有創(chuàng)新思想，而且有勇敢創(chuàng)新精神的年輕人，能夠迅速地把自己想法落地，甚至形成科學(xué)突破。

機(jī)器化學(xué)家

讀文獻(xiàn)會(huì)設(shè)計(jì)還能動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)

短片當(dāng)中，導(dǎo)師和博士生在科研過(guò)程中所用到的AI，叫作機(jī)器化學(xué)家，相當(dāng)于一個(gè)化學(xué)領(lǐng)域的全能智能科研機(jī)器人，它自帶“化學(xué)大腦”，能夠讀文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，還能親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，機(jī)器化學(xué)家還有兩個(gè)小名，叫“小來(lái)”和“小臨”，意味著“未來(lái)已來(lái)臨”。

總臺(tái)央視記者 帥俊全：和我們印象中的很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的瓶瓶罐罐不一樣，我現(xiàn)在所在的這個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室明顯要感覺(jué)更加現(xiàn)代化和未來(lái)感，因?yàn)樗芯珳?zhǔn)智能化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，比如說(shuō)我旁邊的一個(gè)機(jī)械臂裝置，就是這里的第一代機(jī)器化學(xué)家“小來(lái)”，它的機(jī)械臂可以精準(zhǔn)操控，和眾多智能化平臺(tái)進(jìn)行交互，更為關(guān)鍵的是在它的底層，有大量的數(shù)據(jù)和科學(xué)大腦可以提供科研智慧。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 江俊：傳統(tǒng)的化學(xué)研究是典型的試錯(cuò)范式，就是嘗試總結(jié)錯(cuò)誤，然后再迭代，效率相對(duì)低下，而我們現(xiàn)在用上機(jī)器智能，機(jī)器去能讀、會(huì)算、勤做，可以一夜之間閱讀上萬(wàn)篇論文，然后總結(jié)前人智慧，幾分鐘的時(shí)間內(nèi)做大量的理論模擬，大致地把這個(gè)化學(xué)難題的地圖給畫(huà)出來(lái)，機(jī)器人高效地做快速搜索，把信息反饋回來(lái)，再更新之前的理論模型理解，使得我們實(shí)現(xiàn)一個(gè)理性的、化學(xué)的、高效的研究范式。

2021年，機(jī)器化學(xué)家“小來(lái)”正式誕生，集成2臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人、19個(gè)智能化學(xué)工作站和高通量計(jì)算系統(tǒng)，日均能完成2000次精準(zhǔn)操作，相當(dāng)于五六名科研人員的工作量。

為了研發(fā)火星制氧催化劑，“小來(lái)”學(xué)習(xí)了5萬(wàn)多篇相關(guān)的化學(xué)論文，面對(duì)376萬(wàn)種配方組合，人類科研團(tuán)隊(duì)需要2000年來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，“小來(lái)”憑借其“智能大腦”，僅僅用了6周時(shí)間就找到了最佳配方。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精準(zhǔn)智能化學(xué)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任 江俊：第一代的機(jī)械化學(xué)家“小來(lái)”它能精準(zhǔn)操作，比如說(shuō)0.1毫米的操作精度、0.1毫克的測(cè)量精度。第二代機(jī)械化學(xué)家“小臨”它就更聰明，它隨身帶著一個(gè)科學(xué)大腦，是輕量化的科學(xué)大模型。面向“十五五”我們要建成大規(guī)模的、覆蓋全國(guó)的智能科研基礎(chǔ)設(shè)施，到2030年，我們希望能建成一個(gè)覆蓋全國(guó)的、規(guī)模化的智能科研基礎(chǔ)設(shè)施，而且是一個(gè)云平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)，使得我們科研人員能夠站在“巨人的肩膀”上，實(shí)現(xiàn)自主的科學(xué)突破，乃至科研成果涌現(xiàn)式的發(fā)展。

磐石·科學(xué)基礎(chǔ)大模型

洞悉數(shù)理化等學(xué)科

除了在化學(xué)研究領(lǐng)域的機(jī)器化學(xué)家，其實(shí)在各個(gè)學(xué)科，“人工智能+科學(xué)研究”都正在成為新趨勢(shì)。由中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所推出的“磐石·科學(xué)基礎(chǔ)大模型”，是一個(gè)科研領(lǐng)域的專用智能底座，它專攻數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、地理和生物這些自然科學(xué)核心學(xué)科，并且不斷迭代。看文獻(xiàn)、寫(xiě)綜述、規(guī)劃方案、仿真計(jì)算、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，一系列工作都能高效完成，成為科研人員的好幫手。

和普通大模型不同，“磐石·科學(xué)基礎(chǔ)大模型”專門(mén)為科研打造，由專業(yè)科學(xué)知識(shí)和數(shù)據(jù)訓(xùn)練而成，能深入理解各種科學(xué)數(shù)據(jù)，并具備深度文獻(xiàn)分析、科學(xué)知識(shí)推理和科研工具編排能力。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng) 曾大軍：能夠理解各種各樣的數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，達(dá)到一個(gè)非常好的效果。科技文獻(xiàn)方面“磐石”的處理還是有比較獨(dú)到的地方，以前需要研究生可能要花半年的時(shí)間，去吸納、解讀、理解幾百篇文章寫(xiě)一篇綜述，我們現(xiàn)在3個(gè)小時(shí)就能做到。還有它能夠調(diào)動(dòng)現(xiàn)在超過(guò)400種各類的計(jì)算和仿真的工具，自主地把它的能力調(diào)動(dòng)起來(lái)。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員 李林靜：比如說(shuō)天文，我們有很多望遠(yuǎn)鏡，現(xiàn)在我們和國(guó)家天文臺(tái)合作，我們就幫國(guó)家天文臺(tái)做了一個(gè)天文的觀測(cè)智能體，以前跟蹤天上的一個(gè)事件可能要幾天、幾個(gè)小時(shí)，現(xiàn)在幾秒鐘能算完，能夠調(diào)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，來(lái)跟著智能體去看。

覆蓋自然科學(xué)核心學(xué)科 賦能科研全流程

曾大軍介紹，該模型就像一個(gè)跨學(xué)科的“智能操作系統(tǒng)”，覆蓋數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、地理、生物等核心學(xué)科，可深度賦能“假設(shè)提出—方案規(guī)劃—仿真推演—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證—規(guī)律發(fā)現(xiàn)”的科研全流程。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員 李林靜：通用大模型都是按照概率的方法來(lái)生成，我們就要防止它完全基于概率來(lái)選擇，希望它按照整個(gè)科學(xué)的規(guī)律和路徑來(lái)做相關(guān)的生成，這塊正好是我們整個(gè)在訓(xùn)練模型的時(shí)候，特意用相關(guān)科學(xué)語(yǔ)料來(lái)做微調(diào)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)的訓(xùn)練。比如說(shuō)在數(shù)字方面，我們能看到整個(gè)的幻覺(jué)應(yīng)該降低了11%左右。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所副所長(zhǎng) 曾大軍：人工智能賦能科學(xué)研究，如果最后僅僅做成了是人工智能方法在科研中的應(yīng)用，很有可能它的潛力就挖掘不出來(lái)了，在一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)里面，如何去找到最優(yōu)解，這是人工智能最強(qiáng)、最合適的能力，幫助我們?nèi)スリP(guān)。從這個(gè)維度我們?cè)賹ふ褹I就緒的、人工智能就緒的科學(xué)問(wèn)題，下一步的工作，其實(shí)我們?cè)谥袊?guó)科學(xué)院，借助完整的自然科學(xué)研究體系，借助科研大設(shè)施、各類的數(shù)據(jù)，各種各樣的深度場(chǎng)景，和各領(lǐng)域的科學(xué)家雙向奔赴。

工業(yè)人工智能前沿研究

促制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)

從虛擬的數(shù)字空間走向真實(shí)的實(shí)體空間，是人工智能發(fā)展的歷史必然。為破解人工智能技術(shù)應(yīng)用到工廠和制造業(yè)過(guò)程中面臨的多重挑戰(zhàn)，中國(guó)科學(xué)院前不久成立了工業(yè)人工智能研究所，開(kāi)展工業(yè)人工智能前沿方向研究與共性技術(shù)攻關(guān)，支撐制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

瞄準(zhǔn)實(shí)體空間人工智能技術(shù)體系建設(shè)目標(biāo)，工業(yè)人工智能研究所明確了具身智能與智能機(jī)器人、智能工廠垂域大模型與智能體平臺(tái)、自主智能與可重構(gòu)智能產(chǎn)線等主攻方向，承擔(dān)面向制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略需求的重大工程任務(wù)。

中國(guó)科學(xué)院工業(yè)人工智能研究所研究員 王軍義：柔性重構(gòu)就是來(lái)了一個(gè)新產(chǎn)品，然后我通過(guò)人工智能，規(guī)劃出它用什么樣的工藝、用哪個(gè)設(shè)備、參數(shù)、工具，很快地重組一條生產(chǎn)線，重組它的工藝流程、控制程序，然后就能生產(chǎn)新的產(chǎn)品，目標(biāo)由原來(lái)3到6個(gè)月的時(shí)間，變成一天就能滿足新產(chǎn)品迭代的這么一個(gè)過(guò)程。

行業(yè)應(yīng)用的需求牽引，成為人工智能走出數(shù)字世界的核心動(dòng)力。但是面對(duì)行業(yè)的具體應(yīng)用場(chǎng)景，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)體系還面臨諸多亟待解決的難題。

中國(guó)科學(xué)院工業(yè)人工智能研究所副所長(zhǎng) 陳云霽：大語(yǔ)言模型它是有可能會(huì)出錯(cuò)的，但是當(dāng)我們把它用在工業(yè)或?qū)嶓w經(jīng)濟(jì)的時(shí)候，我們的人工智能是不允許出錯(cuò)的。比如說(shuō)我要洗個(gè)茶杯，如果洗100次會(huì)摔掉一次，我相信沒(méi)有人會(huì)用這樣的洗茶杯機(jī)器人。所以這就要求人工智能在基礎(chǔ)的科學(xué)原理上面有新的變革，我們研究所有一個(gè)使命，想發(fā)展出一套實(shí)體空間的人工智能新技術(shù)體系。它基于的規(guī)律就不僅是數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，而是這個(gè)物質(zhì)世界里面物理、化學(xué)的基本規(guī)律，它能在實(shí)體空間去操作、完成制造業(yè)各種各樣任務(wù)時(shí)，能夠精準(zhǔn)、不出錯(cuò)，而且效率很高。

提升工業(yè)人工智能基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新能力

陳云霽介紹，為了構(gòu)建這樣一套實(shí)體空間的人工智能技術(shù)體系，科研團(tuán)隊(duì)確立了新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與系統(tǒng)、可信智能軟件、數(shù)據(jù)生成、智能感知與通信、工業(yè)智能芯片與系統(tǒng)、云化控制器等前沿方向，提升工業(yè)人工智能基礎(chǔ)研究和原始創(chuàng)新能力。

中國(guó)科學(xué)院工業(yè)人工智能研究所副所長(zhǎng) 陳云霽：在“十五五”期間，我們將建成從核心的基礎(chǔ)研究到工程技術(shù)的攻關(guān)，再到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化這樣一個(gè)完整的科研鏈條，希望能夠去為世界的制造業(yè)去建立起實(shí)體空間人工智能的新技術(shù)體系，達(dá)到學(xué)術(shù)上的引領(lǐng)。

來(lái)源：中央廣播電視總臺(tái)

責(zé)任編輯：閆文藝