近段時(shí)間，chatgpt成為公眾關(guān)注的熱點(diǎn)。而在高性能高分子和復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，堪稱高分子版chatgpt的國(guó)內(nèi)首個(gè)高分子材料基因組研發(fā)平臺(tái)（ai plus高分子軟件平臺(tái)）在滬誕生。

3月9日，華東理工大學(xué)教授林嘉平團(tuán)隊(duì)宣布開發(fā)出ai plus高分子軟件平臺(tái)，通過對(duì)高分子材料研發(fā)中結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并集成機(jī)器學(xué)習(xí)性能預(yù)測(cè)功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配方及工藝參數(shù)優(yōu)化等功能，可加速高性能高分子材料研發(fā)，推動(dòng)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)賦能復(fù)合材料用高性能樹脂產(chǎn)業(yè)。

軟件平臺(tái)截圖。 受訪者供圖

大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料基因工程研究

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣。近年來(lái)，碳纖維材料研究在多方支持下已取得突破，然而匹配高性能碳纖維的基體樹脂卻發(fā)展緩慢，成為制約先進(jìn)裝備發(fā)展的“卡脖子”問題。

華東理工大學(xué)在高分子材料，尤其是特種樹脂研究方面具有深厚基礎(chǔ)和研究特色。相關(guān)團(tuán)隊(duì)在本世紀(jì)初就開始耐高溫、耐燒蝕的高性能樹脂及復(fù)合材料研究，并取得了豐碩成果，獲國(guó)家科技發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

但未來(lái)復(fù)合材料研究如何走出一條中國(guó)的發(fā)展之路？高分子樹脂結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)？怎樣從分子結(jié)構(gòu)的源頭去設(shè)計(jì)滿足需求的新樹脂等，依然是林嘉平經(jīng)常思考的問題。

“開展以大數(shù)據(jù)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)、以ai為核心的高分子材料基因工程研究，可為解決這些難題提供有效手段，加速新材料的研發(fā)步伐。”多年探索中，林嘉平團(tuán)隊(duì)的思路越來(lái)越清晰。

研究人員進(jìn)行高性能聚合物性能測(cè)試。 受訪者供圖

2011年，材料基因組工程被正式提出，并逐漸成為材料研究前沿領(lǐng)域的重要方法論。新材料研發(fā)也從科學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)“試錯(cuò)”時(shí)代，跨入“智能制造”時(shí)代。挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)牽頭承擔(dān)了系列國(guó)家重大重點(diǎn)項(xiàng)目，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委的支持和資助下，聯(lián)合復(fù)合材料界著名高校和科研院所，在國(guó)內(nèi)率先開展了高分子材料基因工程研究。

基因組合及篩選是材料基因工程的核心，團(tuán)隊(duì)目前已建立了針對(duì)耐高溫樹脂設(shè)計(jì)的高分子材料基因組新方法。從“基元-結(jié)構(gòu)-性能”構(gòu)效關(guān)系出發(fā)，根據(jù)性能要求，設(shè)計(jì)和選取不同結(jié)構(gòu)基元（基因），通過組合獲得海量候選結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行性能預(yù)測(cè)和高通量篩選，為設(shè)計(jì)先進(jìn)高分子材料提供了有效途徑。

運(yùn)用該方法，團(tuán)隊(duì)研制了系列先進(jìn)復(fù)合材料基體樹脂。如固化溫度小于300 ℃、5%熱分解溫度大于650 ℃、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于600 ℃的新型耐高溫、易加工硅萘炔和硅芴炔樹脂；耐高溫、高韌性的新型聚硅炔酰亞胺樹脂，其加工性能、耐熱和界面性能優(yōu)于聚酰亞胺，力學(xué)性能與聚酰亞胺相當(dāng)。相關(guān)新型樹脂已由多家機(jī)構(gòu)開展復(fù)合材料及構(gòu)件性能評(píng)價(jià)，解決了國(guó)家在高性能高分子材料領(lǐng)域的迫切需求。

較chatgpt更具技術(shù)含量

ai plus高分子軟件平臺(tái)的誕生，是ai和數(shù)字化技術(shù)同高分子材料交叉領(lǐng)域的重要成果。而數(shù)據(jù)庫(kù)，則是材料基因工程的基石。目前，該團(tuán)隊(duì)已建成國(guó)內(nèi)首個(gè)樹脂結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)庫(kù)和基團(tuán)間化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，包含3萬(wàn)多種聚合物將近15萬(wàn)條性能數(shù)據(jù)、58516種基元反應(yīng)模板的近140萬(wàn)條化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)。

林嘉平指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)搭建數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件平臺(tái)。 受訪者供圖

值得一提的是，這些數(shù)據(jù)主要依靠過去3年，團(tuán)隊(duì)數(shù)十名研究生和本科生整理錄入。該團(tuán)隊(duì)在培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)閱讀和科研素養(yǎng)的同時(shí)，以一條條規(guī)范數(shù)據(jù)，搭建起國(guó)內(nèi)首個(gè)高分子專用數(shù)據(jù)庫(kù)。

基于數(shù)據(jù)庫(kù)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了十余種面向高分子性能的機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，構(gòu)建了高分子材料基因組研發(fā)平臺(tái)，具備數(shù)據(jù)檢索、性能預(yù)測(cè)、配方優(yōu)化等多種功能。

在該軟件平臺(tái)上，用戶在使用ai plus高分子軟件平臺(tái)進(jìn)行高分子材料性能預(yù)測(cè)功能時(shí)，只需要通過點(diǎn)擊“繪制結(jié)構(gòu)”，分別將所繪制的環(huán)氧樹脂和固化劑轉(zhuǎn)化的字符串輸入對(duì)應(yīng)輸入框，再通過點(diǎn)擊“開始預(yù)測(cè)”，短短幾秒，頁(yè)面就會(huì)返回后臺(tái)計(jì)算的環(huán)氧樹脂性能預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。

這種虛擬設(shè)計(jì)、高通量預(yù)測(cè)方法將大大提高其研發(fā)效率。

“ai plus高分子軟件平臺(tái)目前已在上海華誼集團(tuán)樹脂廠、上海航天八院、晉飛碳纖科技和金山石化院等企業(yè)試用，將擇機(jī)向社會(huì)公開使用?！绷旨纹秸f，“該軟件具有輸入樹脂結(jié)構(gòu)、快速獲得其力學(xué)、熱學(xué)和介電等性能的功能。同樣是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的軟件，ai plus較對(duì)話類的chatgpt具有更高技術(shù)含量，體現(xiàn)出我國(guó)研究人員在ai交叉領(lǐng)域的貢獻(xiàn)?！?/p>

面向新一代先進(jìn)復(fù)合材料基體樹脂中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難題，華東理工大學(xué)將同相關(guān)團(tuán)隊(duì)和企業(yè)開展更深入合作，推進(jìn)ai plus高分子研究范式向產(chǎn)業(yè)全鏈條發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高性能高分子，尤其是“卡脖子”高分子材料的原始創(chuàng)新和智能制造。