從機(jī)身到翼面，大飛機(jī)怎么既輕又強(qiáng)、剛?cè)岵?jì)？想要什么高性能材料，就給你提供相應(yīng)材料的分子結(jié)構(gòu)和配方，甚至設(shè)計(jì)出世界上尚未發(fā)現(xiàn)的新材料。這不是科學(xué)家、工程師的現(xiàn)成做法，而是“人工智能（AI）材料學(xué)家”提供的“智能制造”最優(yōu)解。

AIplus高分子軟件平臺(tái)顯示飲用水瓶身材料PET的三維分子結(jié)構(gòu)。徐瑞哲攝

(資料圖)

8日，解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾咴谌A東理工大學(xué)體驗(yàn)了歷時(shí)12年開(kāi)發(fā)成功的國(guó)內(nèi)首個(gè)高分子材料基因組研發(fā)平臺(tái)。從數(shù)據(jù)規(guī)模到預(yù)測(cè)方法，它都堪稱中國(guó)高分子版的ChatGPT。僅從樹(shù)脂材料的設(shè)計(jì)能力看，它可根據(jù)你給出的性能參數(shù)范圍，通過(guò)材料基因的挖掘和組合、高通量預(yù)測(cè)與篩選，給出數(shù)萬(wàn)種分子結(jié)構(gòu)供研發(fā)選擇，并且基本都是全新的結(jié)構(gòu)。

林嘉平教授與學(xué)生演示AIplus高分子軟件平臺(tái)功能。徐瑞哲攝

大飛機(jī)的先進(jìn)復(fù)合材料該用什么高性能高分子，比如復(fù)合材料的基體樹(shù)脂？化學(xué)乃變化之學(xué)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定其性質(zhì)。帶著這一問(wèn)題，記者在這一名為“AIplus高分子軟件平臺(tái)”的網(wǎng)頁(yè)版上，利用“繪制結(jié)構(gòu)”的畫(huà)板任意繪制了化學(xué)分子式的結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊“開(kāi)始預(yù)測(cè)”，短短幾秒，其力學(xué)、熱學(xué)、介電等多種性能指標(biāo)一覽無(wú)遺。

AIplus高分子軟件平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截圖

這類生成式預(yù)訓(xùn)練轉(zhuǎn)化模型（GPT）的基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)庫(kù)。華理林嘉平教授團(tuán)隊(duì)已建成國(guó)內(nèi)首個(gè)樹(shù)脂結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)庫(kù)和基團(tuán)間化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，包含3萬(wàn)多種高分子的將近15萬(wàn)條性能數(shù)據(jù)，以及58516種基元反應(yīng)模板的近140萬(wàn)條化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)主要依靠過(guò)去3年尤其是疫情期間團(tuán)隊(duì)數(shù)十名研究生和本科生整理錄入，在培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)閱讀和科研素養(yǎng)的同時(shí)，以一條條規(guī)范存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)搭建起國(guó)內(nèi)首個(gè)高分子專用數(shù)據(jù)庫(kù)。

林嘉平教授團(tuán)隊(duì)進(jìn)行高性能聚合物性能測(cè)試

那么，舉一反三，再簡(jiǎn)單“考一考”這位材料界的“ChatGPT”。請(qǐng)根據(jù)3種力學(xué)性能參數(shù)需要，即拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、斷裂伸長(zhǎng)率，如何精準(zhǔn)鎖定并且快速設(shè)計(jì)出所需的先進(jìn)復(fù)合材料基體樹(shù)脂？

在林嘉平教授團(tuán)隊(duì)副研究員高梁等幫助下，記者在AIplus平臺(tái)中給出這3種性能需求：拉伸強(qiáng)度120MPa，拉伸模量4GPa，以及斷裂伸長(zhǎng)率5%——這位“AI材料學(xué)家”即刻設(shè)計(jì)出101種滿足條件的虛擬分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)斷裂伸長(zhǎng)率的設(shè)計(jì)目標(biāo)從5%調(diào)整到6%，有45種環(huán)氧結(jié)構(gòu)供選擇；當(dāng)挑戰(zhàn)更高設(shè)計(jì)指標(biāo)7%時(shí)，它推薦了4種兼具高強(qiáng)度高韌性高模量的環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

AIplus高分子軟件平臺(tái)的整體界面截圖

在現(xiàn)實(shí)中，這類新材料的研發(fā)如果依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)“試錯(cuò)”，那么可能需要?dú)v經(jīng)兩三年甚至更長(zhǎng)時(shí)間的人工化學(xué)合成，才能將目標(biāo)鎖定到某種可行的材料結(jié)構(gòu)。而在這樣的“高分子虛擬實(shí)驗(yàn)室”，依靠高分子版ChatGPT，只需一鍵篩選以及兩三星期的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，便能找到令人滿意的結(jié)構(gòu)。

AIplus高分子軟件平臺(tái)的配方優(yōu)化截圖

據(jù)悉，它不僅能在“六邊形”似的性能參數(shù)空間中鎖定并推薦出最可行的分子結(jié)構(gòu)，而且已經(jīng)練就數(shù)據(jù)檢索、性能預(yù)測(cè)、配方優(yōu)化等多個(gè)功能，包括向研發(fā)人員提供高分子與其他幾種固化劑或添加劑的最佳配比。“開(kāi)展以大數(shù)據(jù)技術(shù)為驅(qū)動(dòng)、以AI為核心的高分子材料基因工程研究，可為突破材料瓶頸提供有效手段，加速新材料尤其是高性能高分子的研發(fā)步伐?！绷旨纹秸f(shuō)。

林嘉平教授團(tuán)隊(duì)大合影

事實(shí)上，作為上海新材料產(chǎn)業(yè)數(shù)字引擎聯(lián)盟創(chuàng)始成員之一，林嘉平團(tuán)隊(duì)所開(kāi)發(fā)的“AIplus高分子軟件平臺(tái)”已在上海華誼集團(tuán)樹(shù)脂廠、上海航天八院、晉飛碳纖科技、金山石化院等行業(yè)企業(yè)試用，用于一系列先進(jìn)裝備中的特種材料研發(fā)。按計(jì)劃，今年它將擇機(jī)面向社會(huì)公開(kāi)使用，用戶在使用過(guò)程中也將不斷訓(xùn)練這位“AI材料學(xué)家”，讓它更加聰明、善解人意，大步跨入真正的“智能制造”時(shí)代。