大家有沒有想過，假如建造一座橋梁筝妥，不是用混凝土和鋼鐵暮霍，而是用一種全新的合成材料？這種材料由一種獨(dú)特的蛋白質(zhì)分子混合而成屋问，類似于用來生產(chǎn)蜘蛛網(wǎng)絲綢的分子串篓。或者籍囱，創(chuàng)造一種由具有自愈和再生能力的生物材料制成的醫(yī)療植入物……

不要懷疑绩寂，科技創(chuàng)新正在徹底改變材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域。但是烤脾，工程師們?nèi)绾伟l(fā)明這些具有卓越功能的新材料呢佃戈？人工智能（AI）在這一過程中起著什么關(guān)鍵作用呢？

傳統(tǒng)的材料設(shè)計(jì)方法通常是在宏觀層面上考慮材料特性匾委。但是近年來拖叙，出現(xiàn)了一股更先進(jìn)的材料設(shè)計(jì)浪潮氓润，涉及到納米級(jí)別的材料。這種新的工程模式使科學(xué)家和工程師能夠設(shè)計(jì)出更強(qiáng)薯鳍、更輕咖气、更靈活、制造成本更低的新材料挖滤。

機(jī)器學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)建模是人工智能的一個(gè)強(qiáng)大子集崩溪，用以加速新材料的發(fā)現(xiàn)。設(shè)計(jì)人員只需在程序中輸入所需的屬性和算法斩松，就可以預(yù)測(cè)哪些化學(xué)構(gòu)建塊可以在微觀層面上組合伶唯，從而創(chuàng)建具有所需功能和屬性的結(jié)構(gòu)。

"我們正在利用物理和化學(xué)的洞察力惧盹，并將其應(yīng)用于量子力學(xué)抵怎。我們?cè)谌斯ぶ悄芊矫嬲谧龅氖亲層?jì)算機(jī)重新發(fā)現(xiàn)變量之間的關(guān)系，回到牛頓發(fā)現(xiàn)引力之前岭参。"麻省理工學(xué)院邁克菲工程學(xué)教授兼麻省理工學(xué)院專業(yè)教育課程預(yù)科多尺度材料設(shè)計(jì)講師Markus Buehler說。

"我們可以創(chuàng)建變量之間的關(guān)系赶马，然后詢問AI系統(tǒng)麸奇，'這個(gè)設(shè)計(jì)將如何表現(xiàn)？如果我讓分子更長(zhǎng)或更短既屋，或添加不同的化學(xué)物質(zhì)會(huì)怎么樣'票援？計(jì)算機(jī)會(huì)告訴我們性能是好還是壞。執(zhí)行一次迭代只需要幾微秒闰幽，而傳統(tǒng)方法可能需要數(shù)天或數(shù)周膊争。"Buehler說。

換句話說屯贺，工程師正在利用簡(jiǎn)單的構(gòu)建塊制造材料渣碌，并以允許開發(fā)具有相同高性能特性的大型材料的方式組裝它們。AI使得計(jì)算機(jī)可以在很短的時(shí)間內(nèi)解決問題摸进，如果是工程師手工解決問題饰样，需要的時(shí)間可能是AI的很多倍。

科學(xué)家們可以同時(shí)合成和測(cè)試數(shù)千種材料挽晌。但即使以這樣的速度菲瓶，盲目地嘗試各種可能的組合也是浪費(fèi)時(shí)間。這就是3D打印和其他先進(jìn)制造方法發(fā)揮作用的地方畏梆。3D打印有助于材料科學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新您宪，因?yàn)樗构こ處熀驮O(shè)計(jì)師能夠測(cè)試新材料。利用現(xiàn)代增材制造和其他實(shí)驗(yàn)技術(shù)奠涌，設(shè)計(jì)人員可以將這些新材料刻意地存放在空間的某一特定點(diǎn)宪巨，以構(gòu)建任何尺度結(jié)構(gòu)，從而驗(yàn)證或消除這種結(jié)果。每次發(fā)生這種情況時(shí)揖铜，都可以將更多數(shù)據(jù)發(fā)送回算法茴丰，以便AI隨著時(shí)間的推移變得更智能。

人工智能在先進(jìn)材料天吓、設(shè)計(jì)和工程領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景贿肩。專家們一致認(rèn)為，它將成為幾乎所有行業(yè)未來創(chuàng)新的基石龄寞。但挑戰(zhàn)仍然存在汰规，其中最主要的是：需要培訓(xùn)。為了在材料科學(xué)中充分發(fā)揮人工智能的潛力物邑，工程師鲁其、研究人員和科學(xué)家必須學(xué)習(xí)勢(shì)必會(huì)改變行業(yè)的尖端工具和技術(shù)，才可能創(chuàng)造出下一個(gè)神奇的材料耻覆。

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