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人工智能应用领域再度扩大,推动新材料行业发展

时间:2021-04-30 09:57:32来源:仪表网

导语:人工智能的研发方兴未艾。随着其应用领域的不断延伸,其他学科也在与人工智能的结合中获得意想不到的收获,新材料便是其中之一。

  目前,国外已有人工智能助力新材料研发的案例报道。英国利物浦大学的科研人员研发了一款机器人,在8天内自主设计化学反应路线,完成了688个实验,找到一种高效催化剂来提高聚合物光催化性能,这项实验若由人工完成将花费数月时间。不久前,日本大阪大学一名教授利用1200种光伏电池材料作为训练数据库,通过机器学习算法研究高分子材料结构和光电感应之间的关系,成功在1分钟内筛选出有潜在应用价值的化合物结构,传统方法则需5—6年时间。

  为了缩短研发周期,人工智能可以作为一个强有力的辅助工具,借助数据共享,对先进材料的物理化学性质进行预测、筛选,从而加快新材料的合成和生产。过去,材料的设计都是通过理论计算来构建结构和性质的关系。不过,由于原子有很多不同的结合方式,设计一个新的分子结构就如同一个搭积木游戏,拼搭过程中无法预知分子的性质。作为人工智能的一个分支,机器学习算法在辅助新材料设计时尤为“得力”,其工作过程主要包括“描述符”生成、模型构建和验证、材料预测、实验验证4个步骤。所谓“描述符”,就是根据现有数据来描述材料的某些特殊性质,再通过非线性的形式构建训练模型,从而预测新材料性质,这个过程不再依赖物理知识。

  智能控制在各行各业的应用

  1、工业过程中的智能控制

  生产过程的智能控制主要包括两个方面:局部级和全局级。局部级的智能控制是指将智能引入工艺过程中的某一单元进行控制器设计,例如智能PID控制器、专家控制器、神经元网络控制器等。研究热点是智能PID控制器,因为其在参数的整定和在线自适应调整方面具有明显的优势,且可用于控制一些非线性的复杂对象。

  2、机械制造中的智能控制

  在现代先进制造系统中,需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况,人工智能技术为解决这—难题提供了有效的解决方案。智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业,它利用模糊数学、神经网络的方法对制造过程进行动态环境建模,利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。

  3、电力电子学研究领域中的智能控制

  电力系统中发电机、变压器、电动机等电机电器设备的设计、生产、运行、控制是一个复杂的过程,国内外的电气工作者将人工智能技术引入到电气设备的优化设计、故障诊断及控制中,取得了良好的控制效果。遗传算法是一种先进的优化算法,采用此方法来对电器设备的设计进行优化,可以降低成本,缩短计算时间,提高产品设计的效率和质星。

  总结

  人工智能要想和新材料擦出更多的“火花”,仍面临一些挑战。比如,AI算法很难准确预测晶体结构,训练数据的可靠性仍有待理论方法的发展等。为了更好发挥学科交叉融合的乘数效应,除了需要算法不断改进外,理论计算化学的发展、材料性质表征手段的研发也应齐头并进。未来,相信通过各方科学家的努力,新材料的创新成果将会不断涌现。

标签: 人工智能

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