環(huán)球看點(diǎn)！國(guó)內(nèi)首個(gè)高分子材料基因平臺(tái)誕生：含三萬多種聚合物性能數(shù)據(jù)

軟件平臺(tái)截圖??本文圖片均為 華東理工大學(xué) 供圖

先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在航天航空領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用，近年來，碳纖維在國(guó)家重點(diǎn)支持下已取得突破，然而匹配高性能碳纖維的基體樹脂發(fā)展緩慢，被嚴(yán)重“卡脖子”，成為制約先進(jìn)裝備發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的高強(qiáng)度、耐高溫、輕質(zhì)化和功能化等難以兼具的難題亟須解決。

(資料圖)

3月10日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者從華東理工大學(xué)了解到，由該校林嘉平教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)的AI plus高分子軟件平臺(tái)，通過對(duì)高分子材料研發(fā)中的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，并集成機(jī)器學(xué)習(xí)性能預(yù)測(cè)功能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配方及工藝參數(shù)優(yōu)化等功能，加速高性能高分子材料的研發(fā)，推動(dòng)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)為復(fù)合材料用高性能樹脂產(chǎn)業(yè)賦能。

用戶在使用AI plus高分子軟件平臺(tái)進(jìn)行高分子材料性能預(yù)測(cè)功能時(shí)，只需要通過點(diǎn)擊“繪制結(jié)構(gòu)”，分別將所繪制的環(huán)氧樹脂和固化劑轉(zhuǎn)化的字符串輸入到對(duì)應(yīng)的輸入框中，再通過點(diǎn)擊“開始預(yù)測(cè)”，短短幾秒，頁面就會(huì)返回后臺(tái)計(jì)算出來的環(huán)氧樹脂性能預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。這種虛擬設(shè)計(jì)、高通量預(yù)測(cè)的方法將大大提高其研發(fā)效率。

平臺(tái)背后，瞄準(zhǔn)“卡脖子”難題，包括林嘉平在內(nèi)的科研工作者率先開展了高分子材料基因工程研究。

林嘉平教授（右二）團(tuán)隊(duì)工作照（指導(dǎo)搭建數(shù)據(jù)庫(kù)和軟件平臺(tái)）

林嘉平介紹，2011年材料基因組工程被正式提出后，已經(jīng)成為目前材料研究前沿領(lǐng)域的重要方法論，新材料的研發(fā)也從科學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)“試錯(cuò)”時(shí)代跨入“智能制造”時(shí)代。林嘉平帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)牽頭承擔(dān)了系列國(guó)家重大重點(diǎn)項(xiàng)目，在國(guó)家自然科學(xué)基金委、上海市科委的支持和資助下，聯(lián)合復(fù)合材料界著名高校和科研院所，在國(guó)內(nèi)率先開展了高分子材料基因工程研究，并取得了系列成果。

基因組合及篩選是材料基因工程的核心，團(tuán)隊(duì)目前已建立了針對(duì)耐高溫樹脂設(shè)計(jì)的高分子材料基因組新方法。從“基元-結(jié)構(gòu)-性能”構(gòu)效關(guān)系出發(fā)，根據(jù)性能要求，設(shè)計(jì)和選取不同結(jié)構(gòu)基元（基因），通過組合獲得海量候選結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行性能預(yù)測(cè)和高通量篩選，為設(shè)計(jì)先進(jìn)高分子材料提供了有效途徑。運(yùn)用該方法，團(tuán)隊(duì)研制了系列先進(jìn)復(fù)合材料基體樹脂。如固化溫度小于300℃、5%熱分解溫度大于650℃、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于600℃的新型耐高溫、易加工硅萘炔和硅芴炔樹脂；耐高溫、高韌性的新型聚硅炔酰亞胺樹脂，其加工性能、耐熱和界面性能優(yōu)于聚酰亞胺，力學(xué)性能與聚酰亞胺相當(dāng)。相關(guān)新型樹脂已由多家航空航天院所開展復(fù)合材料及構(gòu)件性能評(píng)價(jià)，解決了國(guó)家在高性能高分子材料領(lǐng)域的亟需。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截圖

而AI plus高分子軟件平臺(tái)的誕生，是AI和數(shù)字化技術(shù)同高分子材料交叉領(lǐng)域的重要成果。其中，數(shù)據(jù)庫(kù)是材料基因工程的基石。目前團(tuán)隊(duì)已建成了國(guó)內(nèi)首個(gè)樹脂結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)庫(kù)和基團(tuán)間化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)，包含3萬多種聚合物將近15萬條性能數(shù)據(jù)、58516種基元反應(yīng)模板的近140萬條化學(xué)反應(yīng)數(shù)據(jù)。

值得一提的是，這些數(shù)據(jù)主要依靠過去三年尤其是疫情期間團(tuán)隊(duì)近百名研究生和本科生整理錄入，在培養(yǎng)學(xué)生文獻(xiàn)閱讀和科研素養(yǎng)的同時(shí)，以一條條規(guī)范存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)搭建起國(guó)內(nèi)首個(gè)高分子專用數(shù)據(jù)庫(kù)，是科研育人的新實(shí)踐。

配方優(yōu)化截圖

基于數(shù)據(jù)庫(kù)，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了面向高分子十余種性能的機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，并構(gòu)建了高分子材料基因組研發(fā)平臺(tái)，具備數(shù)據(jù)檢索、性能預(yù)測(cè)、配方優(yōu)化等多個(gè)功能。

“AI plus高分子軟件具有輸入樹脂結(jié)構(gòu)、快速獲得其力學(xué)、熱學(xué)和介電等性能的功能。同樣都是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的軟件，AI plus高分子較對(duì)話類的ChatGPT具有更高技術(shù)含量，體現(xiàn)出我國(guó)研究人員在AI交叉領(lǐng)域的貢獻(xiàn)?！绷旨纹秸f。

團(tuán)隊(duì)合影

林嘉平介紹，AI plus高分子軟件平臺(tái)目前已在上海華誼集團(tuán)樹脂廠、上海航天八院、晉飛碳纖科技和金山石化院等企業(yè)試用，將擇機(jī)向社會(huì)公開使用。

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