中國科學(xué)報|AI搭臺,中試更快助力成果跨越“死亡之谷”
在科學(xué)實驗室與工廠生產(chǎn)線之間,橫亙著一片被稱為“死亡之谷”的廣闊地帶。尤其是對于研發(fā)周期長、風(fēng)險高的前沿材料而言,從樣品到產(chǎn)品的奮力一躍,始終是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)突破的關(guān)鍵。
日前,工業(yè)和信息化部召開制造業(yè)中試創(chuàng)新發(fā)展座談會,由武漢中科先進技術(shù)研究院(以下簡稱武漢中科先進院)運營的先進功能材料中試平臺成功入選首批國家級制造業(yè)中試平臺,成為全國僅21家、前沿材料領(lǐng)域僅2家的入選平臺之一。
“我們一直堅持做‘難而正確的事’?!敝袊茖W(xué)院深圳先進技術(shù)研究院(以下簡稱深圳先進院)材料人工智能研究中心主任、武漢中科先進院院長喻學(xué)鋒告訴《中國科學(xué)報》,“打造中試平臺就是這樣一件事。難,但必須做。”
啃下“硬骨頭”的“初心”
先進功能材料中試平臺的誕生,源于一個尖銳的現(xiàn)實矛盾。
“我國材料領(lǐng)域的論文和專利數(shù)量早已位居全球前列,并不缺乏原始創(chuàng)新能力,但對中試技術(shù)和平臺的投入長期不足,導(dǎo)致成果轉(zhuǎn)化效率偏低。這在很大程度上限制了材料產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展。”武漢中科先進院中試工程技術(shù)研發(fā)中心副主任劉天時告訴《中國科學(xué)報》。
劉天時介紹,打通中試環(huán)節(jié)既需要科學(xué)家對材料機理的深刻理解,又需要工程師具備豐富的產(chǎn)業(yè)實踐經(jīng)驗;既需要投入巨額資金購置和運行專用設(shè)備,又需要漫長的周期進行工藝驗證與優(yōu)化,是一塊投入大、見效慢的“硬骨頭”。
2019年,深圳先進院與武漢經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)聯(lián)合共建武漢中科先進院,聚焦新材料研發(fā)與中試工程技術(shù)創(chuàng)新。
武漢中科先進院的“初心”就是為實驗室和企業(yè)搭建一座專業(yè)化、高效率的橋梁,啃下“硬骨頭”。
目前,武漢中科先進院團隊致力于將高校和科研院所的早期實驗室成果,通過工程化開發(fā)和放大試驗,轉(zhuǎn)化為企業(yè)可直接用于規(guī)?;a(chǎn)的成熟工藝包及技術(shù)方案,真正貫通科技成果產(chǎn)業(yè)化的“最后一公里”。
據(jù)介紹,武漢中科先進院中試平臺提供的是一站式、“交鑰匙”的解決方案,涵蓋從工藝研發(fā)、裝備選型到產(chǎn)線設(shè)計的全鏈條服務(wù)。“我們交付的終極產(chǎn)品往往不是單一技術(shù),而是一條完整的、可穩(wěn)定運行的生產(chǎn)線?!庇鲗W(xué)鋒介紹。
為確保中試成果的產(chǎn)業(yè)適用性,武漢中科先進院建立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膬?nèi)部評價體系。所有項目結(jié)項都必須獲得客戶蓋章簽字的驗收單,并與科研人員的績效直接掛鉤。在武漢中科先進院,“應(yīng)用導(dǎo)向”不是一句空話,而是實實在在的考核標(biāo)準(zhǔn)。
“知行合一”的研發(fā)閉環(huán)
走進武漢中科先進院的中試基地,一條條中試生產(chǎn)線高速運轉(zhuǎn),轟鳴聲此起彼伏,技術(shù)團隊正在人工智能(AI)智能體的輔助下,緊鑼密鼓開展試驗。
“我們將平臺運行邏輯總結(jié)為‘AI搭臺,中試唱戲’?!?喻學(xué)鋒介紹,中試的核心競爭力在于效率——平臺必須比企業(yè)自研做得更快、更好,企業(yè)才愿意買單。
基于此,武漢中科先進院自主研發(fā)了材料AI創(chuàng)制技術(shù),構(gòu)建了可實現(xiàn)“性質(zhì)-結(jié)構(gòu)-工藝”多維預(yù)測的材料創(chuàng)制大模型和材料中試智能體等,逐步推進AI驅(qū)動的新材料研發(fā)、中試及成果轉(zhuǎn)化服務(wù)新模式。
AI不僅能進行材料性能預(yù)測與配方理性設(shè)計,而且可以結(jié)合自動化設(shè)備,完成實驗驗證與工藝優(yōu)化,形成“知行合一”的研發(fā)閉環(huán)。
智能體通過海量的實驗數(shù)據(jù)和獨有的中試數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練,能夠像經(jīng)驗豐富的工程師一樣進行推理,流暢地調(diào)用各種專業(yè)工具,完成從原料篩選、配方設(shè)計到工藝流程規(guī)劃的復(fù)雜工作流。
例如,在微膠囊配方參數(shù)龐雜的產(chǎn)品開發(fā)中,智能體可以高效設(shè)計出最優(yōu)的工藝方案,用同一套中試設(shè)備平臺,快速制備出磁性顯示微膠囊、相變微膠囊、滅火微膠囊等多種功能迥異的產(chǎn)品。
這種AI深度賦能的結(jié)果是效率的極大提升,使新材料的中試驗證效率較傳統(tǒng)方法提升數(shù)倍,新材料從被發(fā)現(xiàn)到推向應(yīng)用的周期被大幅縮短。
材料轉(zhuǎn)化的新模式
武漢中科先進院中試平臺的一個創(chuàng)新點在于其開創(chuàng)的“CRDO”研發(fā)服務(wù)模式。該模式借鑒了生物醫(yī)藥領(lǐng)域的CRO(合同研發(fā)組織)模式,但針對材料產(chǎn)業(yè)特點突出了“D”(設(shè)計),強調(diào)最終產(chǎn)出的是可直接部署的生產(chǎn)線工藝包乃至整線設(shè)計。
這種模式集委托開發(fā)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓/許可、檢測評價、產(chǎn)業(yè)育成于一體,突破了以往單一技術(shù)轉(zhuǎn)讓的局限。
目前,武漢中科先進院已建成超過1萬平方米的中試載體,布局了電池材料、微膠囊、氣凝膠、有機硅等11條智能化中試產(chǎn)線,并配備了具備中國計量認(rèn)證(CMA)資質(zhì)的電池材料檢測評價中心,累計服務(wù)東風(fēng)、華為、湖北興發(fā)等70多家企事業(yè)單位,推動33項創(chuàng)新成果成功轉(zhuǎn)化,為合作企業(yè)帶來新增產(chǎn)值超過70億元。
一支由“知名科學(xué)家+卓越工程師”構(gòu)成的200余人多學(xué)科交叉團隊協(xié)作,累計開發(fā)了60余項核心應(yīng)用技術(shù),形成了超過200項高水平專利。
喻學(xué)鋒表示,未來他和團隊將繼續(xù)深化AI與材料創(chuàng)制的融合,貫通新材料“智能設(shè)計-智能制備-智能驗證-智能生產(chǎn)”的全過程,助力更多科技成果在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的“死亡之谷”中成功突圍。
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