尊龙凯时登录【牢记嘱托建新功】中|桂木亚沙美|国科学报｜这个实验室《自然》《科学

　　科学研究正在经历一场风暴ღ◈★。风暴源于狂飙突进的人工智能技术ღ◈★。“拥抱”还是“逃离”ღ◈★，成为摆在每位科研工作者面前的选择题ღ◈★。

　　在中国科学技术大学（以下简称中国科大）ღ◈★，一群喝着网红咖啡ღ◈★、野心十足的年轻人选择了“拥抱”ღ◈★。他们集中在最传统尊龙凯时登录ღ◈★、最古老的学科——化学领域ღ◈★，从一个个不起眼的念头出发ღ◈★，打破研究的惯例ღ◈★，频频登上《自然》《科学》等国际一流期刊ღ◈★。他们要在科研范式的变革中ღ◈★，成为风暴的驾驭者尊龙凯时登录ღ◈★。

　　如果当初没有选择与计算机“联手”ღ◈★，中国科大教授姚宏斌团队最新发在《自然》杂志上的论文ღ◈★，或许还只是份实验报告ღ◈★。

　　4月初ღ◈★，姚宏斌团队的论文在《自然》杂志上引起轰动ღ◈★，他们关于固态电解质新家族的研究ღ◈★，被认为有望实现电化学储能领域“圣杯”级的全固态锂金属电池ღ◈★。

　　在寻找卤化物电解质的过程中ღ◈★，他们曾考虑将石榴石氧化物——锂镧锆氧中的“氧”换成“氯”ღ◈★。怎么才能合成出这种化合物？不知道ღ◈★。

　　由于团队里没有能玩转计算机的人ღ◈★，姚宏斌只能从搜罗人才开始ღ◈★。2021年ღ◈★，在研究生复试中ღ◈★，姚宏斌“相中”了一位从湘潭大学材料科学与工程学院毕业的本科生——罗锦达ღ◈★，因为罗锦达在简历上展示出自己在计算机编程上的基础和兴趣ღ◈★。

　　录取名单确定的当晚ღ◈★，姚宏斌拨通了罗锦达的电话ღ◈★：“我们有个材料体系很重要ღ◈★，需要用计算化学的方法ღ◈★，你愿不愿意加入我们课题组？我自己虽然没有计算基础ღ◈★，但是我会给你联系老师ღ◈★，让他教你ღ◈★。”

　　“抢”到罗锦达后ღ◈★，姚宏斌很快又找了计算化学的“大牛”——中国科大讲席教授李震宇ღ◈★，并把罗锦达“塞”给了他ღ◈★。

　　之后ღ◈★，姚宏斌团队和李震宇团队联合ღ◈★，根据计算机模拟结果设计出一个常温条件下可以稳定存在的镧系金属氯化物ღ◈★。再往后ღ◈★，他们又跟随计算机的指引ღ◈★，在实验室里成功合成出具有优质性能的镧系金属氯化物固态电解质ღ◈★。

　　终于ღ◈★，样品做出来了ღ◈★。可是ღ◈★，这依然只能是一份“还不错的实验报告”ღ◈★。样品的内部结构如何？锂离子在其中是怎么传导的？这种固态电解质为什么具有优质的性能？还是不知道ღ◈★。

　　计算机的用处再次体现出来ღ◈★。基于分子动力学原理ღ◈★，团队成员把自己的实验数据和历史上相关研究的海量实验数据放进超算中心去“跑”ღ◈★，经过长时间计算模拟和分析ღ◈★，他们最终探明镧系金属卤化物框架结构的锂离子传导原理ღ◈★。

　　“在这项研究中桂木亚沙美ღ◈★，模拟计算的分量大概占了三分之一ღ◈★。假设没有这三分之一ღ◈★，研究将无法令人满意ღ◈★，因为我们很可能没办法合成出最优的电解质材料ღ◈★，也没办法把实验现象背后的原理解释清楚ღ◈★。”姚宏斌说ღ◈★。

　　他们现在有了一个原先连想都不敢想的计划ღ◈★：“把元素周期表里的很多元素按不同比例组合ღ◈★，或是去现有的海量数据中寻找符合我们期望的材料ღ◈★，把材料做得更多样化ღ◈★。”

　　如果说姚宏斌团队只是让计算机成为“帮手”以提高研究效率ღ◈★，那么ღ◈★，中国科大教授江俊的尝试ღ◈★，可以说是真正地抱紧了人工智能ღ◈★。他带着30多位“90后”ღ◈★、“95后”学生ღ◈★，把计算机训练成了可以思考的“化学家”ღ◈★。

　　江俊本人并非化学科班出身ღ◈★，他最早学的是物理专业ღ◈★，之后慢慢转向理论与计算化学ღ◈★，2011年底加入中国科大成为化学物理系教授ღ◈★。

　　从物理专业转向化学专业之后的很长一段时间ღ◈★，江俊都有种不适应感ღ◈★：“物理领域追求共性规律ღ◈★，但化学追求个性特质ღ◈★，每个实验室都希望做得跟别人不一样ღ◈★，越不一样越好ღ◈★。”

　　他给学生讲课时经常发现ღ◈★，今天刚讲完一个化学经验规则ღ◈★，第二天就出现了例外ღ◈★，“某某实验又打破了之前的理论极限”ღ◈★。

　　理论与实践的脱节ღ◈★，让江俊一度“很崩溃”ღ◈★。他开始尝试寻找这个古老学科中可能存在的共性规律ღ◈★。到2014年ღ◈★，他看到了解决问题的可能ღ◈★：“用大数据和人工智能做ღ◈★。”

　　“化学之所以个性化ღ◈★、看不到规律ღ◈★，是因为它是一个高维度的复杂体系桂木亚沙美ღ◈★，任何一个微小条件的改变ღ◈★，都会引起整个体系的变化ღ◈★。人脑已经想不清楚了ღ◈★，或许我们可以通过数据智能的方式建立一个‘化学大脑’ღ◈★，为化学找到共性规律ღ◈★。”江俊说ღ◈★。

　　这件事不是他靠一己之力可以完成的ღ◈★。和当初姚宏斌的选择一样ღ◈★，他开始四处寻找志同道合者ღ◈★，他的团队里ღ◈★，慢慢地有了人工智能ღ◈★、电子科学技术ღ◈★、数学等各个方向的学生……他们以数据为切入口ღ◈★，编写智能程序ღ◈★、搭建数据库桂木亚沙美ღ◈★、建立知识图谱ღ◈★，让计算机逐渐能够读文献ღ◈★、做实验ღ◈★。

　　但经过8年摸索ღ◈★，机器化学家从1.0版本升级到2.0版本ღ◈★，“化学大脑”能做的事也覆盖了文献阅读ღ◈★、实验设计ღ◈★、配方与条件优化等化学研究的整个链条ღ◈★。

　　机器化学家诞生后ღ◈★，江俊团队的第一次尝试ღ◈★，是让它计算和预测蛋白质光谱ღ◈★，这篇论文被美国《科学》杂志编辑部重点推荐ღ◈★。“一般来说ღ◈★，计算一个蛋白质光谱ღ◈★，要做1000多个动力学构象ღ◈★，每个构象都要算一个星期以上ღ◈★。我们用机器学习的方式让机器化学家去做ღ◈★，把原先要用的20多年缩短到一两个小时ღ◈★。”江俊说ღ◈★。

　　之后ღ◈★，江俊团队又让升级后的机器化学家做高熵催化剂等化学品与材料创制尊龙凯时登录ღ◈★。机器化学家从16000篇论文中ღ◈★，自主遴选出5种非贵金属元素ღ◈★，又从55万种可能的金属配比中找出全局最优解ღ◈★，将传统“试错法”所需的1400年缩短为5周ღ◈★。国际同行评价认为ღ◈★，机器化学家的“网络操作系统ღ◈★、工作站和智能化学大脑都是最先进的”ღ◈★，并预计它“将对化学科学产生巨大影响”ღ◈★。

　　这些都让江俊觉得“当初的方向没定错”ღ◈★。及至2022年桂木亚沙美尊龙凯时登录ღ◈★，“中国科学院年度团队”和“年度网信工作十大进展”的名单里ღ◈★，都出现了“机器化学家”的名字ღ◈★。

　　未来ღ◈★，他们的目标是推动中科院沈阳自动化所ღ◈★、中科院深圳先进技术研究院ღ◈★、中科院计算所ღ◈★、中国科大等联合组建智慧实验室ღ◈★。同时ღ◈★，他们还要和中科院文献情报中心ღ◈★、中科院自动化所ღ◈★、中科院信息工程所联手ღ◈★，打造全球化的知识平台ღ◈★，形成精准智能化学的全场景解决方案ღ◈★。

　　除此之外ღ◈★，江俊内心深处还隐藏着另一份与初衷相关的“野心”ღ◈★：他想通过机器化学家ღ◈★，理解乃至破解化学的高维依赖关系ღ◈★，并依靠强大的计算能力实现化学理论的创新和变革ღ◈★；他还想找出化学ღ◈★、物理ღ◈★、生物等学科的共通之处桂木亚沙美ღ◈★，让机器化学家衍生出机器物理学家ღ◈★、机器生物学家……

　　如今ღ◈★，在中国科大东校区理化大楼的九层ღ◈★，一个100多平米的实验室里ღ◈★，名叫“小来”和“小福”的两位机器化学家ღ◈★，穿梭于不同的实验台和仪器之间ღ◈★。江俊感叹ღ◈★：“未来ღ◈★，科学家的核心竞争力或许不再是做实验的能力ღ◈★，而是更扎实的专业基础ღ◈★，更强大的理解力ღ◈★，以及更天马行空的想象力ღ◈★。”

　　和年轻人们一样ღ◈★，中国科大单分子科学团队负责人ღ◈★、中国科大副校长杨金龙院士ღ◈★，看到了人工智能和大数据对化学学科造成的冲击ღ◈★，也看到了不同专业的年轻人们“抱团”冲破科研传统束缚的尝试ღ◈★。

　　于是ღ◈★，2020年ღ◈★，在中国科大ღ◈★，“联盟”之事被提上日程ღ◈★。经过23次会议讨论ღ◈★，他们将中国科大现有的科研资源组织到一起ღ◈★，以建制化科研机构的形式集中力量探索化学研究的“第四范式”ღ◈★。

　　“范式变革”是科学界在意识到大数据和人工智能的冲击之后ღ◈★，常常提到的名词ღ◈★。它像一句警示桂木亚沙美ღ◈★，警告整个科学界ღ◈★，一场席卷学科世界观桂木亚沙美ღ◈★、价值观ღ◈★、方法论的风暴要来了ღ◈★。

　　在化学学科领域ღ◈★，150多年的发展历史ღ◈★，被分成四个范式阶段——第一范式以实验为基础开展研究ღ◈★，通过实验观察和归纳总结来发现化学规律ღ◈★，代表性研究是拉瓦锡建立质量守恒定律ღ◈★。第二范式以理论为基础开展研究ღ◈★，通过建立数学模型和理论框架来解释化学现象ღ◈★，代表性研究是门捷列夫发现元素周期律ღ◈★。第三范式ღ◈★，以计算机仿真驱动研究ღ◈★，运用计算机和人工智能来模拟和预测化学过程和结果ღ◈★，代表性研究是量子化学计算ღ◈★、分子动力学模拟等ღ◈★。第四范式ღ◈★，以数据智能驱动研究ღ◈★，如基于机器学习开展物质性质预测等ღ◈★。

　　“150多年的摸索中ღ◈★，化学研究主要依赖于‘试错法’ღ◈★，精准和高效是所有化学家的梦想ღ◈★。”李震宇说ღ◈★，每一次范式变革ღ◈★，计算机对化学领域的介入就更深一点ღ◈★，精准智能化学成为实现化学学科跨越式发展的契机ღ◈★。

　　今年1月18日ღ◈★，中国科学院精准智能化学重点实验室（以下简称实验室）在中国科大正式成立ღ◈★，李震宇担任实验室主任ღ◈★。

　　实验室以中国科大化学学科为主体ღ◈★，发挥多学科交叉ღ◈★、“科教融合ღ◈★、院所协同”ღ◈★，以及合肥大科学装置聚集的三大优势ღ◈★，聚焦“如何改变化学研究范式”的问题ღ◈★，探索建立化学研究精准化ღ◈★、智能化双驱动模式ღ◈★。

　　谈及“第四范式”的意义时ღ◈★，李震宇用了一个比方ღ◈★：“骑着自行车ღ◈★，累死了也骑不上月球ღ◈★，第四范式就好比是我们要造火箭ღ◈★，去我们以前去不了的地方ღ◈★。”

　　“我们希望把这个实验室建成一个精准智能化学领域国际顶尖的研究机构ღ◈★，形成一个新的精准自然化学的范式尊龙凯时登录ღ◈★，建立我们国家主导的精准化学的数据体系和智能化学的软硬件标准ღ◈★。”李震宇说尊龙凯时登录尊龙凯时登录ღ◈★。

　　目前ღ◈★，他们已经集纳了姚宏斌ღ◈★、江俊等来自理论计算ღ◈★、精准表征ღ◈★、智能化学ღ◈★、精准合成桂木亚沙美ღ◈★、物性调控等方面的研究团队ღ◈★，这些团队除了都曾登上过《自然》《科学》等学术期刊之外ღ◈★，还有一个共同点——与精准智能化学相关ღ◈★。

　　中国科大教授徐铜文带领的团队ღ◈★，在离子膜领域研究了近30年ღ◈★，最近又在《自然》杂志上刊发了一项新成果ღ◈★。他们原先属于中国科学院软物质化学重点实验室ღ◈★，新实验室组建后ღ◈★，徐铜文的团队加入进来ღ◈★。

　　“我们在材料物质的选择和材料结构孔道调控设计方面ღ◈★，都依赖于精准化学相关的计算模拟方法ღ◈★。”徐铜文说ღ◈★，新实验室为他们打开了交叉与合作的新窗口ღ◈★。

　　对于实验室主任李震宇来说ღ◈★，实验室的前途是光明的ღ◈★，道路却是“曲折”的ღ◈★。作为一个必须依赖学科交叉才能发展的实验室ღ◈★，它必须克服的一个重要问题是“如何才能吸引到更多高水平合作团队和顶尖人才”ღ◈★。

　　“范式变革”概念最早的提出者托马斯•库恩曾说ღ◈★：“起初ღ◈★，新的范式候选者可能只有少数支持者ღ◈★，有时这些支持者的动机也是可疑的ღ◈★。然而ღ◈★，如果他们真有能力ღ◈★，他们将会改进它ღ◈★，探索它所提供的可能性ღ◈★，并且表明ღ◈★：在它的指导下ღ◈★，共同体将有什么样的前景ღ◈★。”

　　李震宇常常要在各种场合说服合作者加入和支持他们ღ◈★，不善言辞的他会用最简单朴实的12个字ღ◈★，概括第四范式的前景和他们的态度ღ◈★：“拥抱化学精准智能化的未来”ღ◈★。尊龙凯时人生就是搏ღ◈★。尊龙凯时 - 人生就是搏!ღ◈★，尊龙凯时 - 人生就是搏!平台尊龙人生就是博官网登录ღ◈★。尊龙凯时ღ◈★。尊龙凯时官网ღ◈★，供氧设备ღ◈★，尊龙人生就是博官网ღ◈★，

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