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全球观察:材料推动一次次工业革命

2026-08-02 12:392.1万0

如果把整个工业文明浓缩成一句话,那就是每一次材料的发现,都会推动着工业革命的变革。

青铜推动了青铜时代,瓷器造就了景德镇的辉煌,钢铁撑起了工业文明,硅创造了计算机,而锂推动了新能源汽车的发展。材料的发现推动了物种的诞生,新物种的出现又会推动整个人类文明进程的发展。

每一次重要的产业变革,背后几乎都有一种关键材料作为支撑。

今天,人类依然在寻找下一块硅,过去几十年,半导体行业依靠硅不断缩小晶体管尺寸,让计算机性能持续提升,但随着制程逐渐逼近物理极限,行业越来越多地把目光投向新的半导体材料、互连材料和先进封装,以期寻找下一代突破口。

先以AI产业为例,芯片的制造的逻辑是,把芯片设计图纸通过数百至上千道精密工序,比如设计、晶圆制造、封装测试等,逐层刻在硅晶圆上,再与存储芯片封装成可以使用的计算芯片。

再比如今天广泛使用的液态锂电池,固态电池被认为有望同时提升安全性、能量密度、续航能力,但从丰田到QuantumScape到宁德时代,行业迟迟没有迎来大规模商业化。

今年,仅围绕固态电解质发现,学术界就接连出现了《Breaking Bottlenecks in Solid Electrolyte Discovery with Large Artificial Intelligence Models(利用大模型突破固态电解质发现瓶颈)》以及《Machine Learning Pipelines for the Design of Solid-State Electrolytes(用于固态电解质设计的机器学习流程)》等多篇综述论文。

催化剂、航空航天、先进制造以及环保领域,同样难以避免。为了去除PFAS(全氟和多氟烷基物质)这类几乎无法自然降解的"永久性污染物",研究人员仍在持续寻找效率更高、成本更低的新型吸附材料;数据中心不断增长的算力需求,也让散热材料成为影响能耗的重要变量。

越来越多行业发现,工程能力正在快速进步,但材料突破却越来越慢。原因并不难理解:寻找一种新材料,并不像在数据库里搜索答案。科学家通常需要先提出假设,再设计材料结构,进行计算模拟、实验验证,然后根据结果不断调整方案。一次失败,就意味着重新开始。

并且,材料世界的可能性几乎是无限的。一种材料的性能,不仅取决于元素组成,还受到原子排列、晶体结构、缺陷状态以及制造工艺的共同影响。哪怕只是微小的变化,都可能带来截然不同的结果。

面对如此庞大的搜索空间,人类越来越难依靠经验和实验,一点一点找到真正有价值的新材料。于是,一个新的想法开始出现:材料研发真正费时费力的不只有实验,还有在无数种可能性中找到那几个值得实验的候选方案。

而这,恰恰是AI最擅长的问题。究竟AI能否从处理已有的信息,到帮助人类去发现未知的领域呢,这值得我们关注。

近日,亚马逊创始人杰夫·贝索斯,投资了CuspAI。这是一家成立于2024年的英国AI材料公司,总部位于剑桥。

公司由两位背景互补的创始人共同创立。CEO Chad Edwards曾参与创办量子计算公司Cambridge Quantum Computing(CQC),并推动其与霍尼韦尔量子业务合并,成立如今的Quantinuum;联合创始人Max Welling则是机器学习领域的重要学者,曾任微软研究院杰出科学家,也是经典论文《Auto-Encoding Variational Bayes》的作者之一,在生成模型领域具有重要影响力。

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