材料科學(xué)+人工智能：“抱團(tuán)”才能“更暖”

“一些汽車企業(yè)經(jīng)常講，汽車再怎么改變，離不開一個(gè)殼、一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)、四個(gè)輪子，吃定了這個(gè)就什么都不怕。但是特斯拉一出來，前蓋一打開，原來的發(fā)動(dòng)機(jī)都沒有了，成了裝行李的箱子，這些老牌汽車公司立馬有了危機(jī)感。”

6月17日，在廣東省東莞市召開的粵港澳大灣區(qū)科技創(chuàng)新論壇上，中國科學(xué)院院士、松山湖材料實(shí)驗(yàn)室理事長王恩哥講的這個(gè)故事，引起了大家的深思。

“誰掌握了材料，誰就掌握了未來。”在王恩哥看來，當(dāng)前一些熱門的領(lǐng)域，如生命健康、信息產(chǎn)業(yè)、人工智能等，說到底都要依賴材料的革新。

在人工智能和材料科學(xué)高速協(xié)同發(fā)展的今天，人們也面臨著諸多亟待解決的基本科學(xué)問題、關(guān)鍵技術(shù)難題及政策實(shí)施引導(dǎo)。

這也正是中科院學(xué)部工作局、中科院物理研究所主辦本次論壇的原因?？萍及l(fā)展到今天，材料科學(xué)和人工智能這兩個(gè)學(xué)科之間，可能從未像現(xiàn)在一樣需要彼此。

“材料科學(xué)對人工智能的發(fā)展是非常重要的，同時(shí)人工智能可以幫助材料科學(xué)的發(fā)展。”中科院院士、松山湖材料實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會主任趙忠賢說，“對這些問題，我們需要不斷討論，加深認(rèn)識。”

2011年，美國前總統(tǒng)奧巴馬宣布啟動(dòng)了一項(xiàng)雄心勃勃的“材料基因組計(jì)劃”，投資超過1億美元。這項(xiàng)計(jì)劃試圖通過數(shù)據(jù)共享和計(jì)算技術(shù)，將新材料的研發(fā)周期、成本大幅降低。

歐盟、日本、中國也緊隨其后。2012年，“材料科學(xué)系統(tǒng)工程發(fā)展戰(zhàn)略研究——中國版材料基因組計(jì)劃”重大項(xiàng)目啟動(dòng)會在中國工程院召開。

中科院院士、清華大學(xué)原校長顧秉林認(rèn)為，以往的材料科學(xué)研究是試錯(cuò)、“炒菜”式的，研發(fā)周期很長，耗費(fèi)了很多人力物力。而機(jī)器學(xué)習(xí)以及人工智能的發(fā)展，縮短了材料研發(fā)的周期、減少了投資、加快了整個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)程。“材料科學(xué)和人工智能的協(xié)同發(fā)展無疑將對材料科學(xué)起到至關(guān)重要的作用。”

“材料科學(xué)涉及的種類和數(shù)據(jù)特別多，需要人工智能的介入，才會提高處理效率。”中科院院士、武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院院長徐紅星也認(rèn)為，“材料科學(xué)對人工智能的需求是實(shí)實(shí)在在的”。

今年2月，美國國家科學(xué)院發(fā)布了針對材料研究的第三次十年調(diào)查——《材料研究前沿：十年調(diào)查》，評估了過去十年中材料研究領(lǐng)域的進(jìn)展，確定了未來十年的材料研究的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和新方向。其中，在納米、高熵等前沿材料研究領(lǐng)域，人工智能被寄予厚望。機(jī)器學(xué)習(xí)方法在材料設(shè)計(jì)和材料篩選方面表現(xiàn)出巨大潛力，將有望極大推動(dòng)新型材料的發(fā)現(xiàn)和傳統(tǒng)材料的更新。

反過來，作為必不可缺的硬件基礎(chǔ)，人工智能的發(fā)展也離不開材料科學(xué)的助力。1月，《科學(xué)進(jìn)展（science advances）》雜志報(bào)道了清華大學(xué)和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研人員合作完成的一項(xiàng)研究，他們在超導(dǎo)系統(tǒng)中首次實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了量子生成對抗學(xué)習(xí)，展示了量子器件應(yīng)用于人工智能領(lǐng)域中的可行性及巨大潛力。

在論壇召開當(dāng)天，由中科院物理所為牽頭單位，東莞市政府、中科院物理所和中科院高能物理研究所共建的松山湖材料實(shí)驗(yàn)室也正式動(dòng)工。這個(gè)總體規(guī)劃1200畝、總經(jīng)費(fèi)預(yù)算約120億元的材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，定位于成為有國際影響力的新材料研發(fā)南方基地、未來國家物質(zhì)科學(xué)研究的重要組成部分、粵港澳交叉開放的新窗口及具有國際品牌效應(yīng)的粵港澳科研中心。

徐紅星希望，松山湖材料實(shí)驗(yàn)室地處粵港澳大灣區(qū)的創(chuàng)新土壤中，能夠充分利用這里靈活的體制機(jī)制，加快產(chǎn)業(yè)催化，最終讓人工智能和材料科學(xué)快速產(chǎn)生效應(yīng)。