超材料是本世紀(jì)初開(kāi)始被業(yè)界關(guān)注的一種人工制造復(fù)合材料，超材料技術(shù)有材料“基因編輯技術(shù)”之稱。作為一個(gè)年輕學(xué)科，超材料與同樣新興的人工智能技術(shù)擦出了“火花”。5月16日，在中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)超材料分會(huì)主辦、光啟技術(shù)承辦的全國(guó)超材料大會(huì)上，用AI設(shè)計(jì)超材料成為熱點(diǎn)話題之一。

記者了解到，超材料基本理念是人為設(shè)計(jì)材料結(jié)構(gòu)，使其表現(xiàn)出自然界材料不具備的特性，有電磁、力、光、熱控等分支。有的超材料技術(shù)能改變材料電磁特性，讓國(guó)防軍工航空器在一些探測(cè)手段下“隱身”，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化較快的企業(yè)是光啟技術(shù)。聲學(xué)領(lǐng)域國(guó)內(nèi)上市公司包括華秦科技，聲學(xué)超材料可用于構(gòu)建靜音室、工業(yè)隔音罩。還有超材料創(chuàng)業(yè)公司專注輻射制冷技術(shù)，如創(chuàng)冷科技的輻射制冷涂料用于在購(gòu)物商場(chǎng)提高制冷效果。而在多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域，AI技術(shù)都在提高超材料的設(shè)計(jì)效率。

電磁超材料領(lǐng)域，東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院副研究員戴俊彥的研究課題包括智能超表面系統(tǒng)等，他告訴記者，人工智能是超材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一個(gè)巨大技術(shù)變革，以往超材料設(shè)計(jì)更多靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，需要多次試錯(cuò)、迭代。而現(xiàn)在AI設(shè)計(jì)出來(lái)的很多結(jié)構(gòu)具備相當(dāng)高的性能，這些設(shè)計(jì)已讓很多經(jīng)驗(yàn)深厚的設(shè)計(jì)者難以用原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)解釋，AI技術(shù)激發(fā)了很多研究者的興趣。

“過(guò)去10年、20年的經(jīng)典設(shè)計(jì)案例會(huì)被用于訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。以往研究生可能需要經(jīng)過(guò)一年的訓(xùn)練才能邁進(jìn)材料設(shè)計(jì)的門(mén)檻，而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可能在幾天、十幾天之內(nèi)就設(shè)計(jì)出符合要求的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在的學(xué)生培養(yǎng)，人工智能（學(xué)習(xí)）成為必修課。” 戴俊彥向記者表示。

電磁超材料領(lǐng)域的光啟技術(shù)投入AI技術(shù)已有多年。光啟技術(shù)董事長(zhǎng)劉若鵬告訴記者，超材料設(shè)計(jì)不可避免要解很多復(fù)雜方程，數(shù)據(jù)計(jì)算非常難，而使用AI模型解復(fù)雜方程，這一步人工直接跳掉。公司做超材料結(jié)構(gòu)，其中的微結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，要用類似蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)一般的技術(shù)，現(xiàn)在AI技術(shù)已是必備。劉若鵬表示，光啟每年對(duì)AI技術(shù)的投入都在增長(zhǎng)，2011年至2015年這段時(shí)間僅是投入人造物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)就花了一億元。

國(guó)防科技大學(xué)的研究人員也在會(huì)上表示，人工智能可讓超表面設(shè)計(jì)減少對(duì)專家經(jīng)驗(yàn)的依賴。在數(shù)據(jù)收集環(huán)節(jié)，該校研究者嘗試使用深度學(xué)習(xí)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)增強(qiáng)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)有限的學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能基本擬合物理原理，研究人員還引入強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)。該校研究人員展望，要進(jìn)一步破解超表面設(shè)計(jì)難題，可以構(gòu)建數(shù)據(jù)集并以開(kāi)源基礎(chǔ)大模型為基礎(chǔ)，為該領(lǐng)域的智能體研究提供底座，“目前還處于構(gòu)想狀態(tài)，但如果做成了會(huì)帶來(lái)很大的便利。”

聲學(xué)超材料領(lǐng)域同樣青睞AI。該領(lǐng)域研究者南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任陳延峰告訴記者，大約兩年前，設(shè)計(jì)一款產(chǎn)品的時(shí)間大概要按兩三個(gè)月計(jì)算，而現(xiàn)在一周左右的時(shí)間就能差不多確定一個(gè)結(jié)果，再拿去生產(chǎn)。

陳延峰向記者解釋，超材料設(shè)計(jì)是一個(gè)逆向設(shè)計(jì)過(guò)程，即先擬定材料性能，再據(jù)此設(shè)計(jì)材料結(jié)構(gòu)。超材料性能結(jié)果與物理方程之間有天然的聯(lián)系，在局域波段內(nèi)，物理規(guī)律是確定的。因此，研究人員先通過(guò)計(jì)算產(chǎn)生一些數(shù)據(jù)，再結(jié)合實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如此獲得數(shù)據(jù)庫(kù)所需的基本數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上結(jié)合AI算法和公式，便能使超材料設(shè)計(jì)迭代加快。

就AI目前的局限，陳延峰表示，使用AI可能會(huì)產(chǎn)生非常發(fā)散的結(jié)果，涉及穩(wěn)定性問(wèn)題。劉若鵬表示，超材料領(lǐng)域的AI技術(shù)偏向科學(xué)計(jì)算，不會(huì)有明顯的幻覺(jué)問(wèn)題，但AI模型是抽象出來(lái)的產(chǎn)物，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際需要之間還是有偏差。

引入AI技術(shù)已成為多個(gè)超材料細(xì)分領(lǐng)域?qū)W者的共識(shí)，但在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展方面，各領(lǐng)域目前參差不齊。

去年，光啟技術(shù)營(yíng)收15.58億元，公司面向航空航天裝備市場(chǎng)。還有一些領(lǐng)域以初創(chuàng)公司居多。有輻射制冷涂料頭部企業(yè)負(fù)責(zé)人告訴記者，該公司今年預(yù)計(jì)營(yíng)收1億元，同比有所增長(zhǎng)，該領(lǐng)域全球有五六家企業(yè)，其中多數(shù)是近兩三年成立的國(guó)內(nèi)企業(yè)，超材料各細(xì)分領(lǐng)域中熱控、光電領(lǐng)域相對(duì)成熟。記者了解到，超材料不同細(xì)分領(lǐng)域在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，能共享的經(jīng)驗(yàn)不多，但業(yè)內(nèi)在展望未來(lái)多領(lǐng)域出現(xiàn)融合。

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