原標(biāo)題：當(dāng)科研遇到人工智能

近日，國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于深入實(shí)施“人工智能+”行動(dòng)的意見(jiàn)》指出，加快探索人工智能驅(qū)動(dòng)的新型科研范式，加速“從0到1”重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程。北京作為教育、科技、人才資源富集地，人工智能競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。在人工智能迎來(lái)從技術(shù)突破向價(jià)值落地的關(guān)鍵拐點(diǎn)時(shí)，北京如何圍繞創(chuàng)新、轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)、服務(wù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，打造新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要發(fā)動(dòng)機(jī)？

科研新模式、計(jì)算新工具、研發(fā)新流程、產(chǎn)業(yè)新生態(tài)……AI for Science（以下縮寫為AI4S）正在成為新一代科技革命的重要推動(dòng)力量。當(dāng)科學(xué)研究遭遇人工智能這項(xiàng)席卷而來(lái)、賦能一切的新技術(shù)，會(huì)激發(fā)怎樣的“化學(xué)反應(yīng)”？

在高校、科研院所、創(chuàng)新企業(yè)云集的北京，經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)記者深入調(diào)查采訪發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)胤e極布局、率先探索AI4S科研創(chuàng)新路徑，近年來(lái)已形成一批具有示范意義的創(chuàng)新成果，成為發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的生動(dòng)實(shí)踐。

瞄準(zhǔn)前沿 搭建基礎(chǔ)設(shè)施

提起搞科研，很多人腦海中會(huì)浮現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室里的瓶瓶罐罐、連軸轉(zhuǎn)的研究人員、大量快速更新的文獻(xiàn)。這是以往科學(xué)研究的常態(tài)，卻也面臨難言的尷尬——有了基本原理卻難以實(shí)際應(yīng)用，理論研究與實(shí)際問(wèn)題差距不小，許多問(wèn)題只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和試錯(cuò)解決；“作坊模式”讓科研效率亟待提高；實(shí)驗(yàn)手段，數(shù)據(jù)收集、處理、分析手段有限……

2024年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰人工智能破解蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的密碼，成為突圍的重要里程碑。基本原理驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科研模式在人工智能助力下走向大幅升級(jí)與融合。AI4S作為加速科學(xué)研究的新范式，已是全球共識(shí)，正在成為新一輪科技革命的重要推動(dòng)力量，也正由概念導(dǎo)入期進(jìn)入應(yīng)用落地期。

提到科學(xué)智能，不能不提北京科學(xué)智能研究院。這是全球首個(gè)專注于AI4S領(lǐng)域研究與發(fā)展的新型研發(fā)機(jī)構(gòu)。該院于2021年9月成立，將人工智能技術(shù)與科學(xué)研究結(jié)合，加速不同學(xué)科的融合和突破，以構(gòu)建“平臺(tái)科研+垂直整合”模式為指導(dǎo)，加速構(gòu)建下一代科研范式下的基礎(chǔ)設(shè)施?！把芯吭阂浴夥趴茖W(xué)家、賦能新工業(yè)’為使命，圍繞變革傳統(tǒng)科學(xué)計(jì)算研究范式開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，加速開源生態(tài)建設(shè)。力爭(zhēng)在重大科學(xué)問(wèn)題研究方面取得重大突破，誕生一批原始創(chuàng)新成果，讓北京成為全球科學(xué)智能的發(fā)起人、先鋒隊(duì)、引領(lǐng)者?！北本┛茖W(xué)智能研究院院長(zhǎng)李鑫宇告訴記者。

想向上生長(zhǎng)，先要向下扎根。北京科學(xué)智能研究院著手布局科學(xué)智能的“四梁N柱”建設(shè)?！八牧骸笔瞧脚_(tái)系統(tǒng)——即基本原理與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型算法與軟件，高效率、高精度的實(shí)驗(yàn)方法，替代文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)與知識(shí)庫(kù)，高度整合的算力平臺(tái)?！癗柱”則對(duì)接、支撐國(guó)家戰(zhàn)略需求。如應(yīng)用于汽車行業(yè)的鋰電池，生命科學(xué)領(lǐng)域的醫(yī)療制藥等。

今年春天，DeepFlame Rocket（臨界熾核）火箭燃燒智能仿真軟件一發(fā)布，就成為AI4S領(lǐng)域從科研邁向商業(yè)航天應(yīng)用的典型案例。該軟件依靠人工智能驅(qū)動(dòng)的“超級(jí)大腦”，實(shí)現(xiàn)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的全流程數(shù)值模擬。在極度高溫、高壓環(huán)境中，哪里有隱患、哪里有優(yōu)化空間，一目了然，打通了流體力學(xué)求解的“最后一公里”。

燃燒模擬計(jì)算量非常大。但有了AI加持，以前大量人員幾個(gè)月才能完成的計(jì)算，被壓縮至一天甚至更短?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)如果能借助工業(yè)仿真軟件，模擬流體力學(xué)、燃燒、傳熱等一系列物理過(guò)程，實(shí)際試車次數(shù)至少減少50%。一款算得準(zhǔn)、算得快的仿真軟件，能大幅降低研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期。這個(gè)開發(fā)和測(cè)試工具還為跨學(xué)科交叉合作提供了開源平臺(tái)。今年6月，DeepFlame1.6發(fā)布，新應(yīng)用不斷“長(zhǎng)出來(lái)”，在能源、電力、化工等多個(gè)領(lǐng)域行業(yè)案例中，展現(xiàn)出巨大想象空間。

今年8月，北京科學(xué)智能研究院燃燒流體（DeepFlame）團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)開展的“深度學(xué)習(xí)賦能的超大規(guī)模高精度火箭發(fā)動(dòng)機(jī)超臨界燃燒流體模擬”工作奪得CCF HPC China 2025“超算年度最佳應(yīng)用”獎(jiǎng)項(xiàng)。這是我國(guó)高性能計(jì)算領(lǐng)域最具權(quán)威性的獎(jiǎng)項(xiàng)之一，代表我國(guó)HPC應(yīng)用研究的最高水準(zhǔn)。這一獎(jiǎng)項(xiàng)的頒出，再次印證AI賦能科學(xué)研究的應(yīng)用價(jià)值。

“當(dāng)前，北京在人工智能領(lǐng)域形成了完整的創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)鏈條，科學(xué)智能底層技術(shù)持續(xù)領(lǐng)先。”北京市科委中關(guān)村管委會(huì)黨組成員、副主任劉衛(wèi)華表示，北京已產(chǎn)出全球首個(gè)覆蓋90多種元素的大原子模型DPA、新一代科研知識(shí)庫(kù)與文獻(xiàn)開放平臺(tái)Science Navigator等一批重大原創(chuàng)成果，涌現(xiàn)出一批創(chuàng)新型企業(yè)和潛在獨(dú)角獸企業(yè)。

發(fā)力科學(xué)智能賽道，今年7月，北京市科委、中關(guān)村管委會(huì)、北京市發(fā)展改革委、北京市經(jīng)濟(jì)和信息化局、北京市海淀區(qū)人民政府聯(lián)合發(fā)布《北京市加快人工智能賦能科學(xué)研究高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2025—2027年）》（簡(jiǎn)稱“行動(dòng)計(jì)劃”）。這是未來(lái)3年北京發(fā)展AI4S的路線圖，也是全國(guó)首個(gè)面向科學(xué)智能的專項(xiàng)地方政策。

打破界限 突出應(yīng)用賦能

科學(xué)智能不僅帶來(lái)單一技術(shù)領(lǐng)域的突破，更不斷打破學(xué)科、領(lǐng)域的局限，托舉出一種全新的科學(xué)研究范式——打破學(xué)科的界限，實(shí)現(xiàn)“作坊”到“平臺(tái)”的轉(zhuǎn)變；打破理論和實(shí)驗(yàn)的界限，借助科研新工具，實(shí)驗(yàn)與模擬能力大幅提升；打破科研與產(chǎn)業(yè)的界限，形成產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動(dòng)的原始創(chuàng)新閉環(huán)。

科學(xué)研究中，無(wú)論哪個(gè)學(xué)科方向，都少不了基本原理、實(shí)驗(yàn)、文獻(xiàn)、算力的支撐，離不開查閱文獻(xiàn)、提出假設(shè)、模擬計(jì)算、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等步驟。數(shù)據(jù)顯示，19世紀(jì)以來(lái)，人類文獻(xiàn)數(shù)量增長(zhǎng)4000倍，但人們研讀文獻(xiàn)的速度僅提升2倍。當(dāng)科學(xué)研究越來(lái)越需要多學(xué)科研究者同時(shí)參與，解決問(wèn)題需要的各類工具日益增加且愈加復(fù)雜，研究者陷入效率瓶頸。

工具平臺(tái)如果能像DeepSeek一樣好用，輸入一些很簡(jiǎn)單的文字就能調(diào)用智能體完成任務(wù)，將大大減輕研究者工作量——這種被AI賦能的體驗(yàn)已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。

如果你剛結(jié)束今天的重復(fù)試驗(yàn)，希望獲取自動(dòng)化改造方案；如果你有閑置的代碼，想開發(fā)屬于自己的智能體；如果你剛好需要查閱大量文獻(xiàn)，快速整理一份研究報(bào)告……被稱為“全球AI4S時(shí)代下的云科研入口”的玻爾科研空間站，正是科學(xué)研究的基礎(chǔ)設(shè)施之一，成為科研人員強(qiáng)大的“外掛”助手。

玻爾科研空間站是通過(guò)人工智能技術(shù)，覆蓋“讀—算—做”全流程和“教學(xué)研用”多樣化應(yīng)用場(chǎng)景，系統(tǒng)性解決科研人員在文獻(xiàn)檢索與管理、跨學(xué)科知識(shí)發(fā)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)計(jì)算融合等環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵痛點(diǎn)，釋放科研人員的精力，其由北京科學(xué)智能研究院與深勢(shì)科技聯(lián)合研發(fā)。

在鼎好大廈安家的北京深勢(shì)科技有限公司，一批年輕科學(xué)家不斷幫這個(gè)“外掛”助手“腦洞大開”。這家國(guó)家專精特新“小巨人”企業(yè)，在北京、上海、深圳等城市布局研發(fā)中心?？蒲袌F(tuán)隊(duì)匯集了超百位數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、材料、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的優(yōu)秀青年科學(xué)家和工程師，博士及博士后占比超過(guò)35%。

如今，玻爾科研空間站用戶規(guī)模已突破100萬(wàn)，在北京大學(xué)、浙江大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等全國(guó)50余所高校院所，以及寧德時(shí)代、廣汽埃安、云南白藥、聯(lián)合利華等40多家企業(yè)上線應(yīng)用。

“玻爾是一個(gè)非常典型的AI賦能科研、綜合能力疊加的代表。已經(jīng)形成類比于‘圖書館、教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)中心、計(jì)算中心’的各類型AI4S基礎(chǔ)設(shè)施的產(chǎn)品形態(tài)?！鄙顒?shì)科技創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家，北京科學(xué)智能研究院理事長(zhǎng)張林峰表示，玻爾目前已收錄超2000萬(wàn)全球活躍學(xué)者，超14萬(wàn)本期刊資源，覆蓋26大學(xué)科領(lǐng)域，1000+研究主題；玻爾Apps應(yīng)用商店已集成300+科研工具。

“AI4S正在激發(fā)一場(chǎng)新的科學(xué)變革，重塑很多傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和科研模式。我們已經(jīng)站在這場(chǎng)變革的起點(diǎn)?！鄙顒?shì)科技創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官孫偉杰表示，通過(guò)構(gòu)建“深勢(shì)·宇知”大模型體系，他們將眾多學(xué)科的科研方法從“實(shí)驗(yàn)試錯(cuò)/計(jì)算機(jī)”時(shí)代帶入了“預(yù)訓(xùn)練模型時(shí)代”，打造了玻爾科研空間站、藥物計(jì)算設(shè)計(jì)平臺(tái)、難成藥靶標(biāo)研發(fā)平臺(tái)、電池設(shè)計(jì)自動(dòng)化平臺(tái)和新材料研發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)等科研和工業(yè)研發(fā)基礎(chǔ)設(shè)施，形成AI4S的“創(chuàng)新—落地”鏈路和開放生態(tài)，賦能千行百業(yè)。

可以說(shuō)，北京發(fā)展科學(xué)智能的優(yōu)勢(shì)得天獨(dú)厚。這里聚集了北大、清華、中國(guó)科學(xué)院、北京科學(xué)智能研究院等眾多頂尖高校和科研機(jī)構(gòu)，技術(shù)研究基礎(chǔ)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先；擁有深勢(shì)科技、百度等一批科技創(chuàng)新企業(yè)，聚焦重點(diǎn)領(lǐng)域，推出多個(gè)細(xì)分方向科學(xué)智能大模型，加速賦能科學(xué)研究和產(chǎn)品研發(fā)；重大場(chǎng)景豐富多元，新業(yè)態(tài)新模式逐步形成。

開源共建 推進(jìn)協(xié)同創(chuàng)新

迎接科學(xué)智能時(shí)代，除了打好基礎(chǔ)，還要建好生態(tài)。在共建的AI4S創(chuàng)新生態(tài)中，研發(fā)機(jī)構(gòu)、創(chuàng)新企業(yè)分別扮演著怎樣的角色？共建大原子模型的實(shí)踐，打造出微觀世界研究基礎(chǔ)設(shè)施，頗具代表性。

世間萬(wàn)物均由原子構(gòu)成。原子只有100多種，組合卻無(wú)窮盡。就像石墨和金剛石均由碳元素構(gòu)成，只因結(jié)構(gòu)不同，硬度天差地別。手機(jī)折疊屏能折而不斷，也在于其屏幕材料的微觀結(jié)構(gòu)。如果能在紛繁的原子世界中，將結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，就能“征服”元素周期表，在需要特定屬性時(shí)選取對(duì)應(yīng)的組合并構(gòu)建出來(lái)。

以新藥研發(fā)為例，大原子模型可以幫企業(yè)找出最優(yōu)結(jié)構(gòu)、最好配方。藥物的效果受成分的化學(xué)結(jié)構(gòu)影響。以前，找到一個(gè)能成藥的結(jié)構(gòu)可能要做上千次實(shí)驗(yàn)，花費(fèi)10年光陰?，F(xiàn)在借助AI賦能的高通量篩選，可以從上千個(gè)候選結(jié)構(gòu)中篩出100個(gè)符合條件的，進(jìn)行針對(duì)特定病種的大模型再次篩選，最終送進(jìn)實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的可能只有10個(gè)。

然而，將原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)一一對(duì)應(yīng)，這項(xiàng)基礎(chǔ)研究耗時(shí)耗力，絕非易事。目前，已有30多家共建單位參與到大原子模型計(jì)劃（OpenLAM）項(xiàng)目中，為微觀科學(xué)研究提供新的基礎(chǔ)設(shè)施。將原子間相互作用研究透徹，開放給材料、能源、生物制藥等領(lǐng)域工業(yè)微尺度設(shè)計(jì)使用，無(wú)疑將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新突破。

如今，被譽(yù)為“自然科學(xué)界的GPT”的大原子模型已迭代至第三代，覆蓋90種化學(xué)元素，且在眾多下游任務(wù)中平均節(jié)省90%的數(shù)據(jù)計(jì)算成本，已在合金、動(dòng)態(tài)催化、分子反應(yīng)、藥物小分子、固態(tài)電池、半導(dǎo)體、高溫超導(dǎo)等領(lǐng)域應(yīng)用。

“我們?cè)趯?shí)踐和探路中突破了很多難點(diǎn)，跑通了科研到應(yīng)用轉(zhuǎn)化的路徑?！崩铞斡畋硎?，采用開源共建的方式才能把生態(tài)做好。研究院更多是賦能前沿研究層面，企業(yè)更多關(guān)注實(shí)際應(yīng)用。有了這些工具，原來(lái)一些做不動(dòng)、做不起的事情也能實(shí)現(xiàn)了。

此外，北京還持續(xù)推動(dòng)清華、北大、中國(guó)科學(xué)院等在京高校院所開展科學(xué)智能領(lǐng)域前沿技術(shù)研發(fā)及成果轉(zhuǎn)化。7月26日，由中國(guó)科學(xué)院眾多團(tuán)隊(duì)聯(lián)合研發(fā)的“磐石·科學(xué)基礎(chǔ)大模型”正式發(fā)布，在國(guó)產(chǎn)開源大模型基礎(chǔ)上面向科學(xué)領(lǐng)域“定制”，集成了自主研發(fā)的一系列具有共性科學(xué)數(shù)據(jù)模態(tài)的專用模型。

今年發(fā)布的“行動(dòng)計(jì)劃”提出，到2027年，建立科學(xué)基礎(chǔ)大模型，建設(shè)不少于10個(gè)高質(zhì)量科學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)，服務(wù)不少于1000萬(wàn)用戶，營(yíng)造開源開放生態(tài)，推動(dòng)形成具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)集群。

“AI4S作為新型范式，加速了重大科學(xué)問(wèn)題的研究進(jìn)程，將對(duì)未來(lái)科學(xué)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)深遠(yuǎn)影響?！眲⑿l(wèi)華透露，北京將建立人工智能專項(xiàng)工作機(jī)制，針對(duì)科學(xué)智能關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施、領(lǐng)域應(yīng)用等方面，布局一批重大項(xiàng)目群，鼓勵(lì)生態(tài)上下游企業(yè)及優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)開展聯(lián)合攻關(guān)，加快完善科學(xué)智能創(chuàng)新生態(tài)。

在“行動(dòng)計(jì)劃”新聞發(fā)布會(huì)上，中關(guān)村科學(xué)城管委會(huì)副主任、海淀區(qū)副區(qū)長(zhǎng)唐超表示，未來(lái)，海淀區(qū)將圍繞變革傳統(tǒng)科學(xué)研究范式前瞻布局，協(xié)同區(qū)域主要科研和產(chǎn)業(yè)力量，夯實(shí)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，打造開源開放生態(tài)，建設(shè)科學(xué)智能創(chuàng)新策源地和產(chǎn)業(yè)高地。

“在率先打造科學(xué)研究新范式上，北京有基礎(chǔ)、有優(yōu)勢(shì)，已全面布局科研基礎(chǔ)設(shè)施，并取得顯著成效?！敝袊?guó)科學(xué)院院士、北京科學(xué)智能研究院學(xué)術(shù)委員會(huì)主任鄂維南在發(fā)布會(huì)上表示，以“行動(dòng)計(jì)劃”為指引，北京市將持續(xù)深化人工智能與科學(xué)研究的“雙向奔赴”。