专访华师大姜雪峰：AI for Science 是一个高度综合的体系

科学智能（AI for Science）通过学习、模拟、预测和优化自然界与人类社会的各种现象和规律来解决我们目前遇到的各类科研难题，从而推动科学发现和创新，这种模式目前被称为科学研究和发现的第五范式。络绎科学发起「科学智能 50 人」访谈计划，旨在邀请科学智能领域优秀的专家代表，希望通过系列访谈，为广大读者呈现一个更全面、深入的科学智能领域的发展现状和前沿洞察。

从 AlphaGo、AlphaFold、ChatGPT 到 GPT-4，AI 正在不断取得里程碑式的进展。其不仅深刻改变着我们的日常生活，也为科学研究带来了新的可能性。

图灵奖得主 Jim Gary 认为科学研究经历了经验范式、理论范式、计算范式、数据驱动范式。当前科学研究领域正在迎来新的范式，即 AI 驱动的科学研究（AI for Science，AI4S），通常也将这种模式称之为科学研究的“第五范式”。

也有业内人士明确指出，AI for Science 将会是 AI 的下一个主战场，正在为科研领域带来科研模式的重构和新一轮科技革命等等。一方面，人工智能有望解放科学家的双手、提高科研效率和准确性；另一方面，其也在催生更多的创新，加速科研和技术创新的转化。

为了进一步深挖 AI 在科研领域的潜在价值，近日络绎科学邀请到了华东师范大学化学与分子工程学院教授姜雪峰。他结合自己的研究工作和络绎科学谈了谈 AI 在化学和化工领域的作用，以及自己对 AI for Science 的见解。

姜雪峰现在是华东师范大学化学系教授和博士生导师，曾在中国科学院上海有机化学研究所获得有机化学博士学位，后续在美国斯克里普斯研究所从事有机化学相关的博士后研究，主要从事复杂药用天然产物的合成。他实验室的研究大体可以分为两个方向，一是合成方法创制导向的药用天然产物全合成、功能材料合成；二是科学本质建模导向的高端仪器开发，逐步实现合成自动化与智能化。

瞄准合成化学高端仪器开发，已实现商业化

工欲善其事，必先利其器。姜雪峰的两个研究方向相辅相成，合成化学研究过程中离不开各种工具、设备和仪器，领域内需要通过这些仪器设备完成构建分子、提纯分子、表征分子、测试分子等工作。

“然而，化学和化工领域普遍存在潜在的危险性、一定的污染性以及大量的重复性，这些在一定程度上限制了领域的发展。化学和化工领域对于进入自动化和人工智能时代，以最大限度避免实验生产过程的安全风险具有迫切性和必要性。”姜雪峰说。

而进入智能化时代，第一个前提和基础是实现自动化，在获得海量准确数据后，反复的分析、反馈、迭代与进化。“进一步讲，自动化体系中最基础的地方是建立起高精准性的仪器和系统设备，这些仪器系统是支撑海量大数据最基础的地基。”

基于此，该实验室的一个主要研究方向是合成化学高端仪器开发，通过建立系统性仪器体系，再收集、分析、整理和标准化化学合成过程中的数据，这一过程中实际上就逐步模拟了人的思维模式。通过仪器实现自动化，仪器替代人操作重复性的实验，既可以减少人工参与，增加安全性；还可以产生和积累标准化数据，获得数据的准确性和海量性；同时能够大幅提高效率和降低成本。从而，更快推进领域进入 AI for chemistry 阶段。

据姜雪峰介绍，由于仪器尤其是高端仪器的开发和生产本质上是科学问题，因此实验室提出了合成化学机器系统的研究新模式即科学研究模式，并初步搭建了自动化智能平台。

现阶段，该实验室在合成化学仪器系统领域主要抓四大方向，重点突破冷、热、光、电四大技术瓶颈。根据官网的资料，在新模式的指导下，实验室开发出了相较于传统加热反应更安全、环保、低能耗的光/电催化系列新型仪器产品，包括激发系统、分离系统、检测系统和监测系统等。

“基本上，我们把化学和化工生产合成过程中涉及到的大部分基本原理和底层基础体系全部建立了起来。与此同时，在这个过程当中，通过小试中试放大各个生产环节，我们正逐步实现推进整个仪器和装置进入自动化时代。随着在化学和化工领域建立了仪器标准化体系和自动化体系，也表明领域内向实现人工智能化迈出了重要的一步。”姜雪峰总结道。

值得一提的是，研究团队已经推动了这些研究工作的转化落地，并通过上海铨桓科技有限公司以市场化方式运营，该公司正在基于合成化学科学本核发掘仪器核心技术并商业市场化这些合成化学高端仪器。目前，公司的产品线大体可以分为尖端反应系统、广谱反应系统、检测跟踪系统、高效分离系统、全线分析系统五大板块。据了解，该公司已有十几款产品推向了市场，光系列仪器已销售近千台。

“一方面，通过新型材料和原理突破，我们开发出了创新型冷/热反应器，可以全面杜绝热交换过程中的各种隐患。通过开发平行光/电反应器，可以促进国内生物医药、先进材料等领域的安全化、低能耗、高通量；另一方面，开发生产高效高集成的仪器，把研发生产中的人力、时间、空间的操作消耗降到最低，后续再引入 AI 及串联基层硬件，形成实验室物联网，逐步解放实验人员，释放实验室空间。”

姜雪峰还透露，这些高端化学仪器可以广泛应用于并加速药物合成、材料合成、储能领域、香精香料、环境环保等众多产业。

“AI4S 时代还未真正到来”

“过去，伴随着互联网的技术的飞跃，互联网对各行各业都产生了深远的影响。互联网作为一种强大的工具，能够为不同行业赋能，几乎各行各业都在追求‘互联网+’模式，形成互联网红利浪潮。同样，随着人工智能科学体系的发展，人类即将进入‘人工智能+’时代，各行各业都开始探寻和借助人工智能谋求跨越式发展，从而实现AI在不同领域中的集成性价值。”姜雪峰说。

近 70 多年间，AI 技术得到快速发展并与科学研究深度交叉融合，催生了 AI for Science 这一理念。业内普遍认为，在 AI for Science 的大背景下，未来，传统科学会成为人工智能的主战场之一，并裂变出无数可能性。

不过，姜雪峰也表示，AI for Science 是一个高度集成综合的体系，要实现这一点需要多个科学领域撑起来，包括计算机行业、网络行业、存储行业、算法、硬件行业等。离开这些领域的发展谈 AI4S 则有点“纸上谈兵”的意味，难以落地实操。

“人工智能本质是要具备人的思考模式，这是需要经过海量大数据反复处理和迭代进化之后才能建立起来的一种智能分辨和识别系统。我认为，现阶段许多领域的人工智能时代还未真正到来。进入人工智能时代，首先需要进入自动化阶段，产生海量大数据，进行高速高效分析，去粗取精后反馈迭代，周而复始多轮进化，逐渐提高人工智能的分析和思考能力。其次，还需要软件和硬件两个系统的协同完善，缺一不可，进而才能进入到人工智能时代。”姜雪峰继续补充道。

但是，姜雪峰对 AI4S 的未来也充满信心。他告诉络绎科学，现在虽然 AI4S 真正的时代还没有到来，但是各行各业甚至每个人都在做准备迎接这个未来人类必将拥抱的时代。

“相信，随着高精准仪器装备的标准化、数据分析和处理能力的提升、存储传输技术的进步以及周边相关科学体系的成熟，数据迭代将会获得指数级的飞速发展。当数据积累到一定的拐点，量变引起真正的质变，才会真正达到人工智能的水平，实现以‘人的思维’作出理性的智能判断。”

http://old2022.bulletin.cas.cn/publish_article/2023/4/20230402.htm

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