從機身到翼面，大飛機怎么既輕又強、剛柔并濟？想要什么高性能材料，就給你提供相應材料的分子結構和配方，甚至設計出世界上尚未發(fā)現(xiàn)的新材料。這不是科學家、工程師的現(xiàn)成做法，而是“人工智能（AI）材料學家”提供的“智能制造”最優(yōu)解。

AIplus高分子軟件平臺顯示飲用水瓶身材料PET的三維分子結構。徐瑞哲攝

(資料圖)

8日，解放日報·上觀新聞記者在華東理工大學體驗了歷時12年開發(fā)成功的國內首個高分子材料基因組研發(fā)平臺。從數據規(guī)模到預測方法，它都堪稱中國高分子版的ChatGPT。僅從樹脂材料的設計能力看，它可根據你給出的性能參數范圍，通過材料基因的挖掘和組合、高通量預測與篩選，給出數萬種分子結構供研發(fā)選擇，并且基本都是全新的結構。

林嘉平教授與學生演示AIplus高分子軟件平臺功能。徐瑞哲攝

大飛機的先進復合材料該用什么高性能高分子，比如復合材料的基體樹脂？化學乃變化之學，物質結構決定其性質。帶著這一問題，記者在這一名為“AIplus高分子軟件平臺”的網頁版上，利用“繪制結構”的畫板任意繪制了化學分子式的結構，點擊“開始預測”，短短幾秒，其力學、熱學、介電等多種性能指標一覽無遺。

AIplus高分子軟件平臺的結構設計截圖

這類生成式預訓練轉化模型（GPT）的基礎是數據庫。華理林嘉平教授團隊已建成國內首個樹脂結構性能數據庫和基團間化學反應數據庫，包含3萬多種高分子的將近15萬條性能數據，以及58516種基元反應模板的近140萬條化學反應數據。這些數據主要依靠過去3年尤其是疫情期間團隊數十名研究生和本科生整理錄入，在培養(yǎng)學生文獻閱讀和科研素養(yǎng)的同時，以一條條規(guī)范存儲的數據搭建起國內首個高分子專用數據庫。

林嘉平教授團隊進行高性能聚合物性能測試

那么，舉一反三，再簡單“考一考”這位材料界的“ChatGPT”。請根據3種力學性能參數需要，即拉伸強度、拉伸模量、斷裂伸長率，如何精準鎖定并且快速設計出所需的先進復合材料基體樹脂？

在林嘉平教授團隊副研究員高梁等幫助下，記者在AIplus平臺中給出這3種性能需求：拉伸強度120MPa，拉伸模量4GPa，以及斷裂伸長率5%——這位“AI材料學家”即刻設計出101種滿足條件的虛擬分子結構。當斷裂伸長率的設計目標從5%調整到6%，有45種環(huán)氧結構供選擇；當挑戰(zhàn)更高設計指標7%時，它推薦了4種兼具高強度高韌性高模量的環(huán)氧樹脂結構設計方案。

AIplus高分子軟件平臺的整體界面截圖

在現(xiàn)實中，這類新材料的研發(fā)如果依靠傳統(tǒng)的經驗“試錯”，那么可能需要歷經兩三年甚至更長時間的人工化學合成，才能將目標鎖定到某種可行的材料結構。而在這樣的“高分子虛擬實驗室”，依靠高分子版ChatGPT，只需一鍵篩選以及兩三星期的實驗驗證，便能找到令人滿意的結構。

AIplus高分子軟件平臺的配方優(yōu)化截圖

據悉，它不僅能在“六邊形”似的性能參數空間中鎖定并推薦出最可行的分子結構，而且已經練就數據檢索、性能預測、配方優(yōu)化等多個功能，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。“開展以大數據技術為驅動、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。”林嘉平說。

林嘉平教授團隊大合影

事實上，作為上海新材料產業(yè)數字引擎聯(lián)盟創(chuàng)始成員之一，林嘉平團隊所開發(fā)的“AIplus高分子軟件平臺”已在上海華誼集團樹脂廠、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，用于一系列先進裝備中的特種材料研發(fā)。按計劃，今年它將擇機面向社會公開使用，用戶在使用過程中也將不斷訓練這位“AI材料學家”，讓它更加聰明、善解人意，大步跨入真正的“智能制造”時代。