IBM 的使命是幫助客戶(hù)改變世界的運(yùn)作方式。IBM 的“面向未來(lái)五年五大創(chuàng)新趨勢(shì)”年度技術(shù)預(yù)測(cè)就是最好的例證。每年，我們都會(huì)根據(jù) IBM 研究院的全球?qū)嶒?yàn)室所取得的研究成果和更廣泛的行業(yè)趨勢(shì)，展示我們認(rèn)為技術(shù)將在未來(lái) 5年內(nèi)從根本上重塑企業(yè)和社會(huì)的五種方式。

本年度“未來(lái)五年五大創(chuàng)新趨勢(shì)”預(yù)測(cè)的重點(diǎn)是：加速發(fā)現(xiàn)新材料，實(shí)現(xiàn)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展。為了響應(yīng)聯(lián)合國(guó)通過(guò)其可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)發(fā)起的全球行動(dòng)號(hào)召，IBM 研究人員正在加速發(fā)現(xiàn)新材料，幫助解決重大世界性難題。具體來(lái)說(shuō)，我們正在探索如何運(yùn)用技術(shù)重塑材料設(shè)計(jì)流程，克服一系列挑戰(zhàn)，例如促進(jìn)人類(lèi)健康、開(kāi)發(fā)清潔能源以及支持可持續(xù)發(fā)展、氣候行動(dòng)和負(fù)責(zé)任的生產(chǎn)。

我們相信，新材料或現(xiàn)有材料的新用途將有助于解決人類(lèi)面臨的諸多全球性挑戰(zhàn)：從負(fù)擔(dān)過(guò)重的大氣層中有效地捕獲二氧化碳，并安全地存儲(chǔ)起來(lái)，從而減輕氣候變化；尋找更可持續(xù)的農(nóng)作物種植方法，養(yǎng)活全球持續(xù)增長(zhǎng)的人口，同時(shí)減少碳排放量；重新思考電池和能量存儲(chǔ)問(wèn)題，防患于未然；開(kāi)發(fā)更可持續(xù)的電子設(shè)備和更有效的抗病毒藥物。

盡管尚未實(shí)現(xiàn)，但絕非異想天開(kāi)。我們很快就可以開(kāi)始邁出這一步。

我們需要改進(jìn)材料設(shè)計(jì)方式，這個(gè)過(guò)程一直以來(lái)都很困難且復(fù)雜 — 主要原因在于，可能的分子組合的化學(xué)空間無(wú)比巨大。可能的組合比宇宙中的原子數(shù)量還要多。此外，材料的最終屬性不僅取決于構(gòu)成元素，還取決于使用的生產(chǎn)工藝，以及最終結(jié)構(gòu)。

發(fā)現(xiàn)一種具有特定屬性的新材料通常需要大約 10年時(shí)間，平均耗資逾千萬(wàn)乃至數(shù)億美元。我們希望借助先進(jìn)技術(shù)，將發(fā)現(xiàn)時(shí)間和成本降低 90%。這些技術(shù)包括人工智能 (AI)；通過(guò)傳統(tǒng)經(jīng)典計(jì)算和新興量子計(jì)算實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)增強(qiáng)；通過(guò)開(kāi)放式混合云實(shí)現(xiàn)的所謂生成模型 (generative models) 和實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化 (laboratory automation)。

通過(guò)融合這些技術(shù)，我們將能夠以全新的方式實(shí)現(xiàn)人類(lèi)發(fā)現(xiàn)過(guò)程的現(xiàn)代化 — 擺脫巧合、運(yùn)氣和機(jī)遇等偶然性因素，獲得有計(jì)劃的信心。

首先，人工智能將整合人類(lèi)關(guān)于特定主題的所有知識(shí)，特定主題即為我們要解決的全球性挑戰(zhàn)。其次，超級(jí)計(jì)算機(jī)和量子模擬將填補(bǔ)人類(lèi)的知識(shí)缺口。根據(jù)人工智能收集的歷史數(shù)據(jù)，我們將創(chuàng)建模型，以生成有關(guān)應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn)所需的新材料的假設(shè)。最后，我們將借助云技術(shù)，使這些材料的生產(chǎn)和測(cè)試過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。IBM 在量子計(jì)算、人工智能、高性能計(jì)算和混合云領(lǐng)域取得了許多行業(yè)領(lǐng)先的工作成果，所有這些都將加速發(fā)現(xiàn)過(guò)程。

IBM 設(shè)計(jì)了一種加速材料發(fā)現(xiàn)的方法，其中人工智能是整個(gè)材料發(fā)現(xiàn)過(guò)程鏈的關(guān)鍵組件。其中包括 IBM 基于云的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 RoboRXN，在這里研究人員可以通過(guò)預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)結(jié)果來(lái)創(chuàng)造新材料。系統(tǒng)可以 24x7 全天候不間斷地合成材料，而且只需有限的人工操作。科學(xué)家只需向系統(tǒng)提供希望使用的分子，軟件中的人工智能就會(huì)列出分步方法和成分清單。

RoboRXN 采用的免費(fèi) AI 模型在兩年前推出，已經(jīng)為學(xué)生、教授和科學(xué)家完成了近 100萬(wàn)次反應(yīng)預(yù)測(cè)。自今年年初以來(lái)，世界各地的 IBM 科學(xué)家紛紛開(kāi)始利用 RoboRXN 合成用于碳捕獲 (carbon capture)、光阻劑 (photoresists) 和抗病毒藥物 (antivirus) 的材料。很快，將投產(chǎn)固氮材料 (materials for nitrogen fixation)。

例如，在紐約約克敦高地 (Yorktown Heights) 的研究人員能夠運(yùn)行一種合成反應(yīng)，再通過(guò)云將結(jié)果發(fā)送到位于 6,000英里以外蘇黎世的 RoboRXN 實(shí)驗(yàn)室，試圖生成用于捕獲二氧化碳的新材料的目標(biāo)分子。RoboRXN 分析生成的分子，經(jīng)過(guò)一夜將其合成，隨后運(yùn)送到 IBM 位于加州阿爾馬登 (Almaden) 的研究實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步分析。

目前，研究人員正在合成候選分子，用于測(cè)試 RoboRXN 的功能。IBM 的長(zhǎng)期目標(biāo)是從能夠預(yù)測(cè)新材料的人工智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中獲取候選分子，并完全自主地進(jìn)行合成，然后執(zhí)行測(cè)試。

試想一下，如果不只有一個(gè) RoboRXN，而是有一大群的 RoboRXN 實(shí)驗(yàn)室都通過(guò)云來(lái)接收世界各地的化學(xué)家和材料科學(xué)家的指令，那會(huì)怎樣。這樣不僅可以加速發(fā)現(xiàn)過(guò)程，還將大規(guī)模推動(dòng)創(chuàng)意的產(chǎn)生。

這并不意味著 IBM 將涉足材料制造行業(yè)。我們的研究人員致力于開(kāi)發(fā)可加速發(fā)現(xiàn)過(guò)程的流程，并幫助客戶(hù)和合作伙伴將其投入使用。IBM 過(guò)去的一項(xiàng)“未來(lái)五年五大創(chuàng)新趨勢(shì)”預(yù)測(cè)就提供了如何實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)的有效藍(lán)圖。

2019年，IBM 預(yù)測(cè)在未來(lái)五年內(nèi)，諸如 VolCat 之類(lèi)的塑料回收技術(shù)進(jìn)步可能在全球范圍得到采用，幫助解決塑料垃圾泛濫這一世界性難題。VolCat 使用良性有機(jī)催化劑 (benign organic catalyst)，選擇性分解最常見(jiàn)的家用塑料PET (polyethylene terephthalate )，使其恢復(fù)為單體成分 (monomer constituents)。經(jīng)過(guò)提純后，可輕松將單體重新聚合成新的 PET。

IBM 研究院打算啟動(dòng)其計(jì)劃的下一個(gè)階段，推動(dòng) VolCat 塑料回收流程走上商業(yè)化模式。我們打算與行業(yè)合作伙伴，共同設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)試點(diǎn)工廠(chǎng)，證實(shí) VolCat 流程的可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)效益。一旦成功，其研究成果將推廣到世界各地的制造工廠(chǎng)，制造商將可以使用提純后的單體制造塑料、纖維或薄膜，不再需要利用石油化工產(chǎn)品制造新的塑料。

IBM 的“未來(lái)五年五大創(chuàng)新趨勢(shì)”預(yù)測(cè)展示了采用科學(xué)方法尋找新方法和新解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)世界挑戰(zhàn)的可能性。當(dāng)今世界對(duì)科學(xué)的渴求比任何時(shí)候更加迫切，借助科學(xué)，我們可以從容應(yīng)對(duì)當(dāng)下的不確定因素，實(shí)現(xiàn)未來(lái)進(jìn)步。

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