人工智能正在重塑新材料研發(fā)范式，加速產(chǎn)業(yè)變革。近日，《北京市加快推動(dòng)“人工智能+新材料”創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2025-2027年）》（以下簡稱《行動(dòng)計(jì)劃》）發(fā)布。記者從北京市科委、中關(guān)村管委會獲悉，北京一批“AI+新材料”融合創(chuàng)新成果加速涌現(xiàn)。

北京已集聚近10家“人工智能+新材料”算法軟件企業(yè)

新材料作為戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系和新型工業(yè)化的重要支撐。但長期以來，新材料研發(fā)依賴于理論探索和經(jīng)驗(yàn)積累，需要經(jīng)歷反復(fù)實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致研發(fā)周期漫長、成本高。

“AI+新材料”不僅能大幅縮短新材料的研發(fā)周期，降低研發(fā)成本，顯著提高研發(fā)效率，還能利用AI技術(shù)在處理高維度、跨尺度復(fù)雜體系問題方面的強(qiáng)大計(jì)算能力，實(shí)現(xiàn)材料成分、結(jié)構(gòu)與性能的預(yù)測、模擬和分析，賦能研發(fā)、制造和應(yīng)用等環(huán)節(jié)，對于材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重大意義。

“AI正在改變材料科學(xué)的研發(fā)范式�！敝袊�科學(xué)院院士、北京大學(xué)教授、北京科學(xué)智能研究院學(xué)術(shù)委員會主任鄂維南指出，問題正在迎刃而解�！氨本┚邆淙斯ぶ悄苜x能材料科學(xué)的先發(fā)優(yōu)勢與人才基礎(chǔ)，同時(shí)全面布局了科研基礎(chǔ)設(shè)施，為新材料研發(fā)提供系統(tǒng)性的有效工具。”

據(jù)北京新材料和新能源科技發(fā)展中心副主任周航介紹，目前，北京已集聚近10家“人工智能+新材料”算法軟件企業(yè)，占全國總量的1/3，智能實(shí)驗(yàn)室、數(shù)據(jù)平臺等基礎(chǔ)設(shè)施加速落地，北京科技大學(xué)等高校開設(shè)“材料智能技術(shù)”專業(yè)，年培養(yǎng)跨學(xué)科人才超500人，為行業(yè)不斷注入新鮮血液。

AI賦能，小米從上萬種合金配方中快速鎖定*優(yōu)解

目前，北京一批“AI+新材料”融合創(chuàng)新成果加速涌現(xiàn)，形成了一批AI賦能的標(biāo)桿性新材料典型案例，小米汽車上的“泰坦合金”，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)車的智能躍遷；中國鋼研6個(gè)月內(nèi)設(shè)計(jì)開發(fā)出世界上強(qiáng)度*高（800MPa級別）的高性能抗氫厚板材料；北京科學(xué)智能研究院引入AI分子表示學(xué)習(xí)模型，設(shè)計(jì)出不含貴重金屬的新一代OLED發(fā)光材料……

其中，小米團(tuán)隊(duì)使用自研的多元材料AI仿真系統(tǒng)，從上萬種合金配方中快速鎖定*優(yōu)解。通過一體化壓鑄，應(yīng)用于小米首款車型SU7車身結(jié)構(gòu)件，焊接點(diǎn)減少840處，提升了車身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；車內(nèi)降噪效果顯著，為用戶帶來了靜謐舒適的駕乘體驗(yàn)；車身重量減輕，續(xù)航能力得以提升；同時(shí)經(jīng)過超200萬公里的嚴(yán)苛耐久壽命驗(yàn)證，產(chǎn)品可靠性得到充分保障。2月27日，小米新發(fā)布的車型SU7Ultra，也搭載了“泰坦合金”。這一新型材料成果，不僅助力小米汽車在市場上脫穎而出，更為整個(gè)汽車制造行業(yè)提供了全新的材料解決方案。

AI助力優(yōu)化材料生產(chǎn)工藝

AIforScience預(yù)訓(xùn)練大模型出現(xiàn)，開啟了材料研發(fā)新紀(jì)元。北京科學(xué)智能研究院和深勢科技聯(lián)合團(tuán)隊(duì)以“征服元素周期表”為目標(biāo)，發(fā)起大原子模型計(jì)劃OpenLAM，并已與多方合作迭代發(fā)布2代深度勢能預(yù)訓(xùn)練大模型（DPA），其預(yù)測能力覆蓋元素周期表中90余種元素，可應(yīng)用于半導(dǎo)體、合金、有機(jī)分子等多類材料體系研發(fā)。

目前，大原子模型計(jì)劃下的另一款Uni-Mol分子大模型，在蛋白質(zhì)預(yù)測能力方面僅次于谷歌發(fā)布的AlphaFold3，位列世界第二，但研發(fā)投入成本僅為其幾百分之一。

深勢科技政企事務(wù)副總裁劉會師說，無論是藥物分子研發(fā)還是材料分子研發(fā)，目前大多使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)方式，即通過不斷的探索性實(shí)驗(yàn)找到新的材料分子結(jié)構(gòu)。好的模型可以通過計(jì)算的方式代替相當(dāng)一部分探索性實(shí)驗(yàn)，給出可能的成藥或者材料結(jié)構(gòu)，用篩選出的“成功率更高”的結(jié)構(gòu)再去做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可以減少高昂的實(shí)驗(yàn)成本。

“我們還推出了基因大模型、蛋白大模型、文獻(xiàn)大模型、表征大模型等。”深勢科技解決方案事業(yè)部*經(jīng)理伍旭說。談及提升材料研發(fā)效率，他舉例說，1名研究生一天可能做10-20個(gè)實(shí)驗(yàn)，如果研究160萬種材料的能量轉(zhuǎn)化效率，從而擇優(yōu)選擇，常規(guī)情況下，一個(gè)研究生可能要做1萬天的實(shí)驗(yàn)。借助AI模型可以快速預(yù)測材料性質(zhì)，同時(shí)優(yōu)化材料生產(chǎn)工藝，使其合格率大幅提高�！袄�如，我們使用AIforScience科學(xué)大模型優(yōu)化了鈉電材料工藝，使其初始放電容量實(shí)現(xiàn)大比例提升，研發(fā)周期也大大縮短�！�

協(xié)作機(jī)器人在智能實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行任務(wù)

智能實(shí)驗(yàn)室是北京“人工智能+新材料”發(fā)展布局的重要物理載體。軟硬一體、干濕閉環(huán)的智能實(shí)驗(yàn)室將顛覆傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)布局，實(shí)驗(yàn)臺不再需要按照1.2米的標(biāo)準(zhǔn)高度為人類操作量身定制，機(jī)械按鈕被虛擬控制界面取代，實(shí)驗(yàn)設(shè)備能夠自主執(zhí)行任務(wù)并實(shí)時(shí)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，AI系統(tǒng)可設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)并生成報(bào)告，大幅提升研發(fā)效率，為新材料的快速發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新開辟全新路徑。

深云智合構(gòu)建了全面自動(dòng)化智能實(shí)驗(yàn)室——DeepChem智能合成平臺。深云智合供圖

“傳統(tǒng)的材料開發(fā)耗時(shí)費(fèi)力、效率低，標(biāo)準(zhǔn)化流程欠缺，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)不容易描述，而且可能由于操作失誤造成中毒、爆炸等。”北京深云智合科技有限公司創(chuàng)始人、北京航空航天大學(xué)教授劉宇宙說，深云智合構(gòu)建了全面自動(dòng)化智能實(shí)驗(yàn)室——DeepChem智能合成平臺，可以實(shí)現(xiàn)全流程自動(dòng)化，無人值守，7×24小時(shí)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)也大大提高了實(shí)驗(yàn)效率，同時(shí)降低開發(fā)成本。

智能實(shí)驗(yàn)室首先通過計(jì)算模擬、篩選候選，在虛擬環(huán)境中創(chuàng)造新化合物結(jié)構(gòu)，并預(yù)測其在不同應(yīng)用場景下的表現(xiàn)，大幅加速了新材料的發(fā)現(xiàn)過程。同時(shí)，協(xié)作機(jī)器人承擔(dān)重復(fù)性的操作任務(wù)，比如開蓋、放置、移液、加樣、過濾、稀釋、快速取樣、樣本轉(zhuǎn)運(yùn)等。智能實(shí)驗(yàn)室還能對實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集、整理、上報(bào)、分析，建立數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)流程模型，對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行再利用，用于優(yōu)化工作過程和實(shí)驗(yàn)效率。

“在OLED中間體材料新分子開發(fā)的案例中，客戶預(yù)計(jì)耗時(shí)半年的工作，平臺2周完成，研發(fā)成本降低80%。”劉宇宙說。

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