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中投網(wǎng)2025-01-09 08:19 來源：中投網(wǎng)
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人工智能（AI）作為21世紀(jì)最具顛覆性的技術(shù)之一，其在新材料領(lǐng)域的應(yīng)用正在掀起一場前所未有的科技革命。AI技術(shù)以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，正在逐步改變傳統(tǒng)的材料研發(fā)模式，推動(dòng)從實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)向基于數(shù)據(jù)和智能化的新型研發(fā)模式轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變不僅極大地縮短了新材料的研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，還顯著提高了研發(fā)效率，為新材料的創(chuàng)新與發(fā)展開辟了全新的道路。
一、材料篩選與優(yōu)化：精準(zhǔn)定位，高效篩選
AI技術(shù)在材料篩選與優(yōu)化方面的應(yīng)用，可以說是新材料研發(fā)的“加速器”。通過先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，AI能夠自動(dòng)篩選并測試最具潛力的化合物，從而大大減輕了科研人員的工作負(fù)擔(dān)。例如，德國馬普學(xué)會(huì)鋼鐵研究所利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從數(shù)百萬種可能的成分組合中成功篩選出了17種高性能合金。這些合金在強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等關(guān)鍵性能指標(biāo)上均表現(xiàn)出色，為鋼鐵材料的研發(fā)和應(yīng)用提供了全新的解決方案。
AI在材料篩選中的優(yōu)勢在于其能夠處理和分析海量的數(shù)據(jù)，通過算法模型對材料的性能進(jìn)行預(yù)測和評估，從而快速定位出具有潛力的候選材料。這種精準(zhǔn)定位的能力，使得新材料的研發(fā)更加高效和有針對性。
圖表：機(jī)器學(xué)習(xí)在材料結(jié)構(gòu)與性能預(yù)測
資料來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究院整理
二、性能預(yù)測與模擬：虛擬實(shí)驗(yàn)，加速研發(fā)
AI在性能預(yù)測與模擬方面的應(yīng)用，更是將新材料的研發(fā)推向了一個(gè)新的高度。通過深度學(xué)習(xí)和其他智能算法，AI能夠預(yù)測新材料的性能和特性，包括力學(xué)性能、電學(xué)性能、熱學(xué)性能等，從而加速新材料的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程。
以半導(dǎo)體材料為例，AI技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了半導(dǎo)體材料的制造效率和質(zhì)量。通過AI對半導(dǎo)體材料的性能和特性進(jìn)行預(yù)測和模擬，科研人員可以在虛擬環(huán)境中對半導(dǎo)體材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，大大減少了實(shí)際實(shí)驗(yàn)的次數(shù)和時(shí)間。這不僅降低了研發(fā)成本，還提高了半導(dǎo)體材料的性能和穩(wěn)定性。
圖表：谷歌DeepMind團(tuán)隊(duì)基于AI與機(jī)器人打造新型材料
資料來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究院整理
三、新材料發(fā)現(xiàn)：自主探索，創(chuàng)新無限
AI技術(shù)在新材料發(fā)現(xiàn)方面的應(yīng)用，更是展現(xiàn)了其強(qiáng)大的創(chuàng)新能力和潛力。通過算法模型的自主學(xué)習(xí)和優(yōu)化，AI能夠自主發(fā)現(xiàn)新材料，為新材料的研發(fā)提供了全新的思路和方法。
例如，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所開發(fā)的CAMEO算法，可以在無需額外訓(xùn)練的情況下自主發(fā)現(xiàn)新材料。該算法通過分析材料的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，建立了一個(gè)預(yù)測模型，能夠預(yù)測出具有潛在應(yīng)用價(jià)值的新材料。此外，AI驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)GNoME也能夠在短時(shí)間內(nèi)自行發(fā)現(xiàn)和合成新無機(jī)化合物，為新材料的研發(fā)提供了更加便捷和高效的途徑。
圖表：前沿最新動(dòng)態(tài)
資料來源：上交大《Nature Reviews Materials》、中投顧問產(chǎn)業(yè)研究院整理
四、跨學(xué)科合作：融合創(chuàng)新，協(xié)同發(fā)展
AI技術(shù)在新材料領(lǐng)域的應(yīng)用，還需要跨學(xué)科的合作與支撐。材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉融合，為新材料的研發(fā)提供了更加廣闊的空間和可能性。
例如，在新能源領(lǐng)域，AI與新材料的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)更加高效、穩(wěn)定的電池材料研發(fā)；在軍工領(lǐng)域，AI技術(shù)可以助力研發(fā)出更加輕質(zhì)、高強(qiáng)度的軍用材料；在生物制藥領(lǐng)域，AI技術(shù)可以推動(dòng)新型藥物載體和生物醫(yī)用材料的研發(fā)。這些跨學(xué)科的合作不僅推動(dòng)了新材料的應(yīng)用和發(fā)展，也為相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了有力的支撐。
圖表：東南大學(xué)科研成果入選2021年度“中國高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”
資料來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究院整理
五、政策支持與市場前景：政策引領(lǐng)，市場廣闊
全球范圍內(nèi)，包括中國在內(nèi)的多個(gè)國家或地區(qū)都在積極推動(dòng)AI與新材料的融合發(fā)展。政府出臺(tái)了一系列相關(guān)政策，為AI技術(shù)在新材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力的支持和保障。同時(shí)，隨著新材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展和市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大，AI材料科學(xué)市場也呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢。
據(jù)中投顧問產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)測，2025年，中國新材料產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模將達(dá)到10萬億元人民幣，AI材料科學(xué)市場增長率預(yù)計(jì)達(dá)到36.76%。這一巨大的市場前景為AI技術(shù)在新材料領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間和機(jī)遇。同時(shí)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深化，AI與新材料的融合發(fā)展也將為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出更加積極的貢獻(xiàn)。
六、面臨的挑戰(zhàn)與未來展望
中投顧問產(chǎn)業(yè)研究院認(rèn)為，盡管AI在新材料領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊，但仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，數(shù)據(jù)質(zhì)量和計(jì)算能力的限制是當(dāng)前制約AI技術(shù)在新材料領(lǐng)域應(yīng)用的重要因素。為了克服這些挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)采集、處理和整合的能力，提高計(jì)算效率和精度。同時(shí)，還需要加強(qiáng)跨學(xué)科的合作與交流，推動(dòng)AI技術(shù)與新材料領(lǐng)域的深度融合與創(chuàng)新發(fā)展。
展望未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深化，AI與新材料的融合發(fā)展將呈現(xiàn)出更加廣闊的前景和更加豐富的內(nèi)涵。相信在不久的將來，AI技術(shù)將在新材料領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展做出更加積極的貢獻(xiàn)。
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