《人工智能颠覆传统科研方式,加速发现神奇功能材料》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-04-09
  • 预测新材料功能特性并生成海量假想的材料,从中筛选合适的可行性材料,可以大大节省原材料,并减轻实验室大量的工作量。 一个人工智能模型试图做到这一点,结合计算机科学(人工智能的一种形式)设定实验参数,以期达到结果与预期功能相匹配的效果。

    来自于中国和英国的研究团队已经将人工神经网络和演化算法结合起来建立模型,然后应用它来确定自清洁超疏水表面所需的参数。 首先定义与超疏水表面特征相关的参数,包括粘附力,水接触和滑动角度等,以及水滴在自洁过程中撞击疏水表面上的弹跳行为及其影响因素。该模型先是通过调整实验参数来建立可行性策略,随后根据不同等级表面形态内的纳米结构,确定水滴体积以及测量粘附力时液滴在表面需行进的距离。 研究人员还为其模型设定了更为具体的参数,例如自清洁表面的水接触角度需要大于150度。 应用使此模型可以对某些力学关系(如水滴体积对滑角测量的影响)更好地理解,它有助于确定每个参数对目标功能的影响程度。由于这些关系的复杂性和实验条件的不可重复性,确立这些参数比实验中的实际操作还要困难。 说了这么多。 那么,与传统的体力劳动相比,这个模型是如何衡量的? 图片展示了PVC /硅胶表面的超疏水性 插图分别为水与超疏水表面接触形态和滑动角度

    使用不同纳米粒子SiO2含量的聚氯乙烯(PVC)可制成仿生超疏水表面,并将人工智能应用于分析数据并生成模型,优化所有参数。 “使其获得的最佳参数与实验观察结果一致。”相关研究人员表示,只需采集小型数据精确调整模型, 是他们技术的另一个优势所在

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    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-05-15
    • 谷歌召开一年一度的Google I/O大会,会上展示了谷歌新研发的人工智能软件谷歌助手(Google Assistant)的神奇力量。一位用户想剪头发,谷歌助手直接帮用户电话预约理发店,在全程与理发店的真人对话中,谷歌助手丝毫没有出现任何滞后和逻辑错误,理发店那头丝毫没有察觉到自己是在和AI对话。谷歌助手还可以帮人预订餐馆、影院、旅行社,通过学习还能像一个发小/闺蜜/老友那样陪人聊天,同时实现多线处理。 谷歌助手展现的功能意味着人工智能的进一步升级,而且具有里程碑意义。如果让理发店的职员都意识不到是在与AI对话,证明谷歌助手通过了图灵测试,拥有了与真人相同或类似的智能或智力。 即便这样,也并非是AI的逆天或将会颠覆人类,因为这只是人工智能在言语、逻辑上的进一步突破,还无法完全拥有与人一样的智慧或智能,如人的最根本的综合分析和思维能力,以及此后的行动,如设计、制造和创造等方面的能力。 美国Uber自动驾驶汽车发生车祸就说明了AI的低能。3月18日晚10点,Uber的一辆无人驾驶汽车在亚利桑那州撞死了47岁的行人伊莱恩·赫茨伯格(Elaine Herzberg)。现在初步的调查结果表明,出事前Uber自动驾驶汽车已经探测到了行人,但Uber自动驾驶软件(AI)并没有作出反应。部分原因是,该技术被调整为忽视那些被认定为“误报”的物体,如道路上的塑料袋等。 也就是说,自动驾驶AI尽管发现了行人,但把行人误当成塑料袋等物体,没有理会和处置,继续前行,酿成大祸。这就是AI与人的智能的重大差异,是AI的深度学习能力与人的综合智能的天壤之别。 人的感知和认知是根据外界事物的全面特征并加以综合分析后迅速得出结论并采取措施,有的时候就是所谓的直觉,然而这种知觉是建立在综合感知和综合分析之上的。对于活着的物体(人和动物),人的认知不仅要靠相貌、体形,还要通过动态(运动)、立体(三维)、气味、方向等来判断,就连方向也能分辨为上下、相向、同向和横向等。 发生事故时,赫茨伯格是在推着自行车行进,这个运动特征与人的特征加在一起,可以让人(驾驶员)迅速判断出前方是人,必须刹车或转向。遗憾的是,即便有这些识别特征或要素(最重要的就是正在行走的人),AI驾驶软件也没有辨认出是人,误以为是无生命的物体。 升级的谷歌助手和Uber自动驾驶汽车事故,再次提出了人工智能的一个根本问题:人工智能是纯粹的仿生(仿人)智慧,还是独立或有别于人的智慧。有人认为人工智能不是仿生学,另有人认为人工智能就是仿效人的大脑的功能,即便不是完全的仿生,也是模仿人的大脑的综合智能。严格说来,从人工智能的术语以及综合智慧看,人工智能就是在仿效人的大脑。 人工智能的另一个进展更说明问题。创造出围棋人工智能Alpha Go的Deep Mind团队设计了一个大型的人工神经网络结构(人工智能软件),放置于虚拟现实的游戏环境中。经历强化学习后,这个人工智能在游戏迷宫中向目的地前进的导航能力超越了一般人,达到了职业游戏玩家水平——它能像哺乳动物一样,寻找新路线和抄近路。 这个原理就是模仿人的大脑细胞中不同的辨识方向的神经细胞研发的,大脑辨识方向有三种细胞,分别是位置细胞、方向细胞和网格细胞。人工智能学会了人的辨认方向的能力,如果应用到自动驾驶当然可以更省时间、少跑弯路和节约汽油。但是,能否避免事故的发生却不是拥有所有方向细胞的功能就能胜任的,而是要结合大脑的其他功能,如需要结合感知物体运动和空间距离,以及识别外貌外形的能力。 在很多单项智能方面,人工智能早就大大超过了人的能力。如德勤公司去年开发的财务机器人,可以顶替15个人工财务的工作,机器人可以把36万小时的人力工作在几秒钟就完成。未来包括财务、计算、统计、低端技术、体力工作在内的70%的工作,都可能被人工智能替代或颠覆,但人工智能不可能替代人脑的综合智能,更不可能全面接盘涉及生命和健康的行业。 当然,从逻辑上说,未来也存在人工智能颠覆人类的可能,但那是建立在全面模仿和超越人脑的综合智能的基础之上。 .
  • 《发现富镍材料的阴极退化原因》

    • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者:魏韧
    • 发布时间:2019-11-08
    • 一个由美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室和斯坦福直线加速器中心(SLAC)国家加速器实验室研究人员组成的科学家团队找到了锂离子电池阴极材料性能降低的原因以及可能的补救措施。该研究成果于3月7日发表在《先进的功能材料》(Advanced Functional Materials) 上。该发现将有助于开发更便宜、性能更好的电动汽车电池。 要使电动汽车具有与汽油汽车相同的可靠性,就需要给其配备轻便且功能更强大的电池。锂离子电池是当今电动汽车中最常见的电池类型,但是其高成本和有限的寿命阻碍了电动汽车的普及。为了克服这一挑战,美国能源部国家实验室的科学家正在研究改进传统锂离子电池的方法。 多年来锂钴氧化物一直被用作锂离子电池的阴极。尽管钴在小型储能系统中得到了成功应用,但其成本和毒性限制了其在大型储能系统中推广的进程。现在研究人员正在研究如何在不损害材料性能的情况下,采用更安全、更平价的元素代替钴。研究电池多次充放电循环之后,富镍系层状材料退化的原因,并提供可能的解决方案。 对于富镍系材料,退化主要表现为容量衰减,科学家使用多种研究技术,从不同的角度对材料进行评估。在循环过程中,富镍系材料的性质可以在不同的长度尺度上发生变化,需要了解在充放电过程中,材料的结构如何在原子尺度上发生物理变化以及化学变化。 研究组在布鲁克海文的国家同步辐射光源II(NSLS-II)和SLAC国家加速器实验室的斯坦福同步辐射光源(SSRL)上对这种材料进行了表征,使用了X射线吸收光谱(XAS)技术揭示材料中活性金属离子周围环境的原子图像。” 研究发现,该材料具有坚固的结构,不会从大块物质中释放氧气,这颠覆了先前的认知,而应变和局部失调大多与镍有关。通过绘制该材料中的化学分布,并应用机器学习方法对数据进行分类,发现在整个粒子中镍原子的氧化态有非常不均匀。粒子内部的一些镍保持氧化状态,很可能失去活性,而表面的镍则不可逆转地减少,降低了电池的效率。另外,在电池充放电过程中,阴极材料膨胀和收缩,产生应力,如果这种应力不能迅速有效释放,那么材料结构内部就会出现裂缝。 科学家们认为可以通过合成一种中空结构的新材料来解决这个问题。他们通过实验和计算确认了这一设想。