投資新材料一個*的問題，在于品類的紛繁復(fù)雜——從高分子材料、金屬材料、無機非金屬材料到復(fù)合材料，每種材料之間的跨度極大，再加上材料科學(xué)的產(chǎn)業(yè)化路徑往往十分漫長，一家公司從成立到最終上市需要經(jīng)歷十數(shù)年，因此此前鮮有早期投資人關(guān)注。

　　但另一方面，材料科學(xué)也是一個國家從低端制造走向高端制造關(guān)鍵一環(huán)，無論是對于新能源還是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，材料都是最基礎(chǔ)最重要的底層要素，是我們在大國崛起過程里繞不開的必由之路。

　　本月的險峰主題沙龍，我們聯(lián)合36氪、甲子光年、SynBio深波進行了一場名為《新材料：從制造到創(chuàng)造》的直播連線：

　　我們請到了：

　　同濟大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、生物基材料專家任杰老師

　　清華大學(xué)材料學(xué)院教授、陶瓷材料專家伍暉老師

　　上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副研究員、記憶合金專家金明江老師

　　上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員、輕合金專家王樂耘老師

　　我們聊到了：

　　最近大火的生物基材料，最早會替代哪些石油基材料?

　　作為最古老的人造材料之一，陶瓷在新能源、高端制造上有哪些新應(yīng)用?

　　記憶合金如何撐起手機防抖黑科技?

　　ChatGPT將給新材料研發(fā)帶來哪些變革?

　　本次活動由險峰投資人楊軼塵主持，期待更多新材料領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)者及行業(yè)專家與我們交流。

　　險峰：人類要用可降解生物基材料替代不可降解的石油基材料，您覺得*會發(fā)生在哪些細分領(lǐng)域？哪項指標決定了替代速度的快慢？

　　任杰：首先明確，生物基材料不一定都是可降解的，比如PLA、PHA屬于可降解，但生物基尼龍、生物基聚乙烯就屬于不可降解。

　　所以大類上，生物基材料可以分為兩種：生物基的可降解（如PLA、PHA）和不可降解(如生物基尼龍、生物基PE)，前者更多應(yīng)用于一次性塑料制品、后者更多應(yīng)用于非一次性耐久性塑料制品。

　　對于一次性的塑料制品，像一次性餐具、衛(wèi)生巾、尿不濕等，我們更關(guān)注它的「可降解性」。

　　比如現(xiàn)在星巴克的吸管，很多人叫它“渣渣管”，其實就是用PLA(聚乳酸)和咖啡渣制成的;現(xiàn)在凡是一次性的材料，都要求做成可降解可堆肥，在這方面，國內(nèi)正在迅速向歐美靠攏。

　　對于非一次性的生物基，像衣服、鞋帽、汽車內(nèi)飾這些耐用品，我們則更關(guān)心生物基來源的「減碳量」。

　　舉個例子，用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)PLA(聚乳酸)，要先把二氧化碳植物經(jīng)過光合作用變成碳水化合物，然后發(fā)酵成乳酸，最后變成聚乳酸;整個過程在不考慮能耗的前提下，每生產(chǎn)一噸PLA，可以從大氣中吸收1.87噸二氧化碳。

　　與之相比，傳統(tǒng)的塑料如聚苯烯PS、滌綸PET、尼龍PA，從煉油到原料單體，再經(jīng)聚合，整個過程要向環(huán)境排放2噸左右的CO₂。

　　最近法國道達爾公司在泰國建成一家7.5萬噸PLA工廠，據(jù)報道，該工廠每生產(chǎn)一噸PLA，只排放501公斤二氧化碳，相當于傳統(tǒng)制造塑料CO₂排放總數(shù)的1/4，這個碳減排意義就很大了。

　　比如去年歐洲的碳交易市場，1噸二氧化碳能賣50歐元，到今年已經(jīng)漲到快100歐元了，一條年產(chǎn)10萬噸的PLA產(chǎn)線，一年光碳交易就多出1000萬歐元的利潤，這還不包括企業(yè)的ESG增值部分。

　　所以，生物基新材料一旦在減碳上跑通了，后面替代速度會非�？�。當然，減碳量具體怎么計算，不能企業(yè)自己拍腦袋，必須要標準化，現(xiàn)在我們國家也成立了一個生物基的標委會，正在制定碳足跡與碳減排的相關(guān)標準，大家可以持續(xù)關(guān)注。

　　險峰：可降解的生物基材料一般也都比較貴，如何說服客戶接受生物基材料？

　　任杰：一是政策推動，我們國家從2020年開始限禁塑令，嚴格限制一次性不可降解塑料，到今年國家郵政局也開始大力推廣可降解包裝與膠帶，所以不是我們說服客戶接受，而是國家強制必須用。

　　另外碳交易也值得期待，雖然現(xiàn)在國家還沒有開始推，但碳交易市場已經(jīng)建好了，我估計未來幾年很快會推出，只等把行業(yè)標準定下來。

　　二是針對不同客戶，可以采用不同營銷策略。

　　比如現(xiàn)在國際國內(nèi)的大公司非常重視環(huán)保，他們肩負有社會責(zé)任，所以很愿意使用生物基——事實上，這些大企業(yè)出于ESG的要求，往往自己也在找這樣的材料與技術(shù)，雙方其實是一拍即合，完全不用說服。

　　小企業(yè)和普通消費者，一般對價格敏感，就要多講功能性。舉個例子，很多60后70后，小時候都穿過一種衣服叫“的確良”，它的材質(zhì)就是滌綸，穿在身上非常悶熱，不透氣，但是如果改用聚乳酸，透氣性會很好，而且抗菌。如果把PLA做成尿不濕，小孩用了以后，紅屁股沒有了，皮膚過敏沒了，就算貴一些，老百姓也會為自己健康買單。

　　險峰：國內(nèi)PLA正處于一個如火如荼的擴產(chǎn)能階段，未來大家會不會都是規(guī)模間的競爭？還是說依然有技術(shù)改進的空間？

　　任杰：好多投資人都關(guān)心這個問題。工業(yè)化應(yīng)用的PLA(聚乳酸)生產(chǎn)開始于1997年(生物應(yīng)用就更早了，在上個世紀六十年代就開始)，當時是由美國佳吉跟陶氏化學(xué)成立合資公司的，到現(xiàn)在也快30年了。

　　這個行業(yè)真正爆發(fā)是在2018年左右，大背景有兩個：*是全球禁塑政策的推行、治理白色污染的環(huán)保需求，第二是全球碳減排的推動，以及由此引起的合成生物學(xué)的火熱。兩者合力，把PLA等生物基材料推到了風(fēng)口之上。

　　所以有預(yù)測說，到2025年全球PLA產(chǎn)量能到100萬噸，還有說能到300萬噸的，現(xiàn)在全球能量產(chǎn)PLA的企業(yè)也就6-7家，加起來30萬噸不到，這是目前真正的產(chǎn)能;其中，*的一條線7.5萬噸，還有一條10萬噸的，正在建。

　　要知道這一點點量，跟傳統(tǒng)化工品比就是小弟弟，人家滌綸、尼龍的產(chǎn)線動輒單產(chǎn)規(guī)模幾百萬噸，小一點的也有幾十萬噸，所以未來PLA的大方向一定是規(guī)�；�，規(guī)模上去了，單耗的成本就下來了，這是非常明確的。

　　技術(shù)方面，肯定還有提升的空間，具體來說有三個方面：

　　一是原材料的改進，我們知道，生產(chǎn)聚乳酸需要用到乳酸，*代乳酸原料是玉米，第二代是木薯，現(xiàn)在糧食安全越來越重要，不能“與人爭糧，與糧爭地”，國家鼓勵要用非糧原料，所以第三代已經(jīng)是用稻草和秸稈，用纖維素和半纖維素生產(chǎn)乳酸。未來第四代，很可能是直接用二氧化碳和甲烷，所以技術(shù)永遠沒有*，只有更好。

　　二是如何規(guī)模化�，F(xiàn)在國內(nèi)做萬噸級產(chǎn)線已經(jīng)沒問題了，但剛才說，歐洲已經(jīng)在搞10萬噸級了，這里面*的問題是化工裝備和丙交酯技術(shù)，國內(nèi)新材料的產(chǎn)業(yè)化往往會裝備被卡脖子，但我稍微透露一下，我們最近在馬鞍山改造一條線，會采用一些新裝備與新工藝，讓效率與轉(zhuǎn)化率更高，副產(chǎn)物更少。

　　三是技術(shù)路線的創(chuàng)新，比如PLA的直接縮聚法，這也是我們同濟與同杰良公司的一個特色優(yōu)勢，我們正在把它放大，做成萬噸的規(guī)模，類似還有很多需要技術(shù)迭代的地方，創(chuàng)新永無止境。

　　險峰：如何看待生物合成PLA的前景，會被其他材料顛覆嗎？

　　任杰：暫時還構(gòu)不成威脅。一般來說，基礎(chǔ)材料被顛覆還是比較難的，舉個例子，100年前人類建房子用水泥，現(xiàn)在還是用水泥，不過水泥本身已經(jīng)迭代了，比如標號更高，還能抗低溫——從這個角度來說，材料技術(shù)的進步，更多還是材料改性與提升方面的。

　　生物基材料也是一樣，比如PHA(聚羥基脂肪酸酯)，早在90年代，英國的阿斯利康就在嘗試產(chǎn)業(yè)化，但直到去年，韓國CJ的*條PHA產(chǎn)線才投產(chǎn)，產(chǎn)能也只有5000噸/年，這中間已經(jīng)過去了30年，一些工程技術(shù)與應(yīng)用場景沒徹底解決，形成產(chǎn)能尚需時日。

　　所以搞過材料的人都知道，從一個實驗室里的idea，到小試再到中試，一直到規(guī)模生產(chǎn)，都非常不容易，不僅需要有材料創(chuàng)新的技術(shù)、還要相應(yīng)的裝備與工藝來實現(xiàn)，更需要各類知識背景的人才團隊的整合，這往往是一個技術(shù)集成的過程。

　　險峰：一種新材料，從小試中試到真正的量產(chǎn)，一般需要多長時間？

　　任杰：不同材料不能一概而論，首先要看市場需求，比如國產(chǎn)芯片，坦白說如果中 美之間沒有爆發(fā)貿(mào)易摩擦，我國芯片行業(yè)可能今天也不會發(fā)展這么快。材料也一樣，一種新材料首先要被市場認可，還要有迫切的市場需求，這是一個基礎(chǔ)。

　　具體時間上，高分子材料從小試到中試再到規(guī)�；�生產(chǎn)，每個階段大概需要3年左右，前提還要有現(xiàn)成的成熟裝備，如果全部要自己開發(fā)，每個階段至少要5年左右時間。

　　比如剛才說的PLA(聚乳酸)擴產(chǎn)，要從萬噸級放大到10萬噸級，中間很多技術(shù)參數(shù)與工藝包需要試驗與積累，學(xué)過化工的都知道“三傳一反”，這些工程化數(shù)據(jù)是靠工程積累的東西，抄是抄不到的，數(shù)據(jù)與工藝包必須靠積累。

　　險峰：在您看來，現(xiàn)階段，生物基材料當中哪個性價比更好，有哪些有前景的品類？

　　任杰：我還是比較看好PLA(聚乳酸)。首先這個行業(yè)起步早，已經(jīng)30年了，前面很多先驅(qū)已經(jīng)交過學(xué)費;此外它的應(yīng)用場景也多，從*的吸管、地膜、垃圾袋，到最高檔的比如可吸收骨釘、手術(shù)縫合線、心血管支架，都要用到PLA。

　　第二，PLA在中國已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，特別是下游產(chǎn)業(yè)鏈，這是別的國家不具備的。你讓歐美做個吸管，其實也挺難的，他們沒干過，沒有這樣的積累，比如PLA衣服的產(chǎn)業(yè)鏈是從纖維到紗線，再到面料(染整)，直至成衣，隨便哪個環(huán)節(jié)都可能被卡脖子，但你在長三角珠三角，到處都能找到這樣的工廠。

　　現(xiàn)在PLA的價格大概在22000-26000一噸，而工程塑料或及其改性材料，價格一般在2萬左右，兩者差得不多。未來隨著技術(shù)改進+規(guī)�；�+國家補貼，如果PLA可以降到2萬塊以下，那就非常有競爭力了。

　　伍暉：首先自我介紹一下，我來自清華大學(xué)材料學(xué)院，我所在的清華新型陶瓷實驗室是國內(nèi)陶瓷領(lǐng)域為數(shù)不多的國家級重點實驗室之一，研究方向包括信息功能陶瓷材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷材料和生物陶瓷材料等等，我本人的研究方向是超細纖維材料，這在新材料領(lǐng)域是一個很重要的課題。

　　為什么要把纖維做得很細?剛才任老師提到，PLA(聚乳酸)非常親膚透氣，因此聚乳酸超細纖維其實可以用來做人造皮膚，凝血止血材料，甚至人造血管和神經(jīng)導(dǎo)管。

　　再比如航空航天領(lǐng)域，超細纖維也有非常好的熱力學(xué)性質(zhì)，如果我們把陶瓷做成超細納米級的纖維結(jié)構(gòu)，就可以得到一種穩(wěn)定耐高溫、有彈性、易加工，而且高強度的輕質(zhì)絕熱材料，來替代傳統(tǒng)的泡沫陶瓷、玻璃纖維和氣凝膠。

　　目前，我們已經(jīng)把這種陶瓷超細纖維材料用在了電池安全防護領(lǐng)域，比如，在兩塊電池中間做一個阻擋層，只需要一毫米的厚度，就可以阻隔明火防止爆燃。此外，我們也正在嘗試用工業(yè)化的方法，來低成本、高效率的生產(chǎn)這種材料。

　　險峰：對于新材料，學(xué)界一般有兩種研發(fā)思路，一是用先做出一種材料，然后找應(yīng)用場景，二是根據(jù)應(yīng)用場景去探索和改進已有材料，在您看來，哪種方式更為典型？

　　伍暉：非常好的問題，就我個人來說，剛進入行時我是*種思路，一般會先有一個好的想法，比如在結(jié)構(gòu)上做出一些創(chuàng)新，但做出的材料有什么價值，未來能解決什么產(chǎn)業(yè)問題，可能還是懵懂的。當然，我堅信它是有價值的，但是中間需要很長時間的積累和摸索。

　　我個人會更羨慕另一種模式，在剛起步時就圍繞著某個精確需求，解決某個具體問題，我想這樣會更高效，但科研可能就是這樣，沒有十全十美，大多數(shù)情況是兩者兼具，每個人的研究方向、背景各不相同，選擇也會不同，但都有各自的價值。

　　險峰：剛才提到了氣凝膠，現(xiàn)在這個材料很火，很多主機廠都非常關(guān)注；那么和氣凝膠相比，超細纖維有哪些優(yōu)勢和劣勢？

　　伍暉：剛才任老師也講到，一種新材料，剛做出來時往往很貴重，只能用在一些高端領(lǐng)域，但隨著工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，成本越來越低，可以使用的場景也會越來越多，氣凝膠也是類似的發(fā)展路徑。

　　氣凝膠最早誕生于上世紀60年代，當時是作為尖端材料，主要用在航空航天領(lǐng)域，后來隨著產(chǎn)量提升，開始逐步延伸到動力電池、冶金化工，到現(xiàn)在甚至服裝里也開始用氣凝膠做絕熱材料，已經(jīng)滲透到了國民經(jīng)濟的方方面面。

　　但與氣凝膠相比，陶瓷纖維是一種剛剛興起的材料，兩者的不同主要有三個：*是，氣凝膠密度很低，力學(xué)性能比較脆，所以一般要先把氣凝膠壓成粉末，才能進行二次加工;而陶瓷纖維的力學(xué)、回彈度都非常好，所以會更貼合某些柔性場景的應(yīng)用需求。

　　第二是工作溫度不同，所謂的陶瓷其實是一個籠統(tǒng)概念，具體來說，陶瓷中有很多極耐高溫的品類，例如莫來石、氧化鋁，氧化鋯等等，如果把他們做成超細纖維結(jié)構(gòu)，可以長時間耐受1600度以上的高溫，不發(fā)生坍塌或燒結(jié)，因此在耐高溫方面，陶瓷纖維要更擅長。

　　第三是規(guī)模成本，生產(chǎn)陶瓷纖維的技術(shù)叫作“氣紡絲”，即通過壓縮空氣將溶液高速噴吹，來實現(xiàn)超細纖維的大規(guī)模制造，未來隨著產(chǎn)量的不斷提升，陶瓷纖維在規(guī)模和成本上也會一定的優(yōu)勢。

　　險峰：清華材料學(xué)院之前曾經(jīng)成功孵化出清陶能源、愛爾創(chuàng)這類優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)公司，對于科研成果產(chǎn)業(yè)化，您有哪些經(jīng)驗可以分享？

　　伍暉：其實不止這兩家，在新能源和新材料領(lǐng)域，大批清華校友都有非常成功的科技成果轉(zhuǎn)化，我覺得主要有兩個啟發(fā)：

　　*，是做科研一定要緊跟時代大趨勢。比如清陶，他們很早就開始做與固態(tài)電池相關(guān)的基礎(chǔ)材料研究，這幾年趕上了新能源的爆發(fā)，整個電池行業(yè)都有了一個非�？斓脑鲩L，這背后與國家政策的支持密不可分，所以做科研一定要緊跟國家的需求，緊跟市場的需求，順勢而為。

　　第二是堅持長期主義，其實清陶也好，愛爾創(chuàng)也好，現(xiàn)在大家看到的是他們在快速崛起，但這些企業(yè)在之前，都經(jīng)歷過10年甚至20年的技術(shù)積累和沉淀，才逐步走出實驗室。一種新材料從研發(fā)到走向成熟是一個挺漫長的過程，我們無論做科研還是投資都要秉承長期主義。

　　險峰：提到記憶合金，我首先想到了瓦特的故事，瓦特說他*次看到水蒸氣推動水壺的蓋子，叮當作響，他覺得里面一定有魔鬼在跳舞;當我看到一根記憶絲材可以自己伸縮，甚至拉動重物，我產(chǎn)生了跟瓦特一樣的感受——這里面有魔鬼在跳舞。所以首先請金老師來為大家科普一下，記憶合金是如何在遵守能量守恒的前提下，能有這樣神奇的力量？

　　金明江：記憶合金誕生于上個世紀60年代，由美國海軍實驗室發(fā)明，到80年代開始進入民用，所以其實并不是一種很新的材料。它之所以能變形，是因為記憶合金在一定溫度或者應(yīng)力的驅(qū)動下，會發(fā)生一些可逆的固態(tài)相變，換句話說，它在微觀晶體的原子排布層面發(fā)生了變化。

　　如果是溫度驅(qū)動的的變形，我們稱它為形狀記憶效應(yīng)；如果是應(yīng)力驅(qū)動的變形，我們稱它為超彈性，當然，無論是哪一種，一定還是遵守能量守恒定律的。

　　險峰：這幾年我們看到學(xué)界對記憶合金的探索，從一開始被動的形變，發(fā)展到了主動的控制，這中間大概經(jīng)歷了怎樣的過程？有哪些重要的里程碑？

　　金明江：我舉兩個比較典型的應(yīng)用。

　　比如我們家用的恒溫閥，在洗澡的時候可以把水溫恒定控制38-42度之間，原理就是被動形變——你可以把它想象成一個彈簧開關(guān)，超過或者低于某個標度就會自動打開或者閉合。

　　同樣的場景，如果是用電子裝置，那我至少需要一個溫度傳感器，一臺電機，還要有一個閥門，但現(xiàn)在只需要一塊記憶合金就可以解決，不需要任何外部的邏輯控制，簡單可靠穩(wěn)定性好，這就是一個特定場景下的巧妙應(yīng)用，但坦白說，這樣的場景其實并不是很多。

　　相比之下，主動控制的想象空間更大。比如我們可以用電加熱的方式控制記憶合金形變，創(chuàng)造出一臺記憶合金馬達，替代傳統(tǒng)的電機。

　　事實上，現(xiàn)在很多手機廠商都已經(jīng)開始用記憶合金馬達替代傳統(tǒng)的VCM馬達，特別是一些旗艦手機的攝像頭防抖模組，可以精確到亞微米級，也就是100納米級別，精度非常非常高，響應(yīng)頻率也特別快，而且更小、更輕、成本也更低，這在記憶合金領(lǐng)域是一個里程碑式的突破。

　　當然，從技術(shù)層面上來講，主動控制涉及到多學(xué)科的交叉，不僅僅是材料學(xué)，還有電控和算法，因此技術(shù)難度大，壁壘也高，但它在未來也會有很大的拓展空間，能夠挑戰(zhàn)大量傳統(tǒng)微型電機的應(yīng)用場景。

　　險峰：作為手機防抖的黑科技，記憶合金馬達一經(jīng)問世就引起了業(yè)內(nèi)轟動，相比傳統(tǒng)的VCM馬達，它有哪些顯著的優(yōu)勢？

　　金明江：眾所周知，手機對內(nèi)部空間利用率的要求非�？量�。

　　最近幾年，手機的功能越來越強大，特別是攝像頭方面，畫質(zhì)越來越高，變焦倍數(shù)也越來越大，如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的VCM馬達來驅(qū)動，那你的攝像頭也必須越做越大，越做越重。所以我們看到，這幾年手機的鏡頭越來越外凸，恨不得在手機外面掛一個鏡頭，這就是VCM馬達的弊端。

　　而記憶合金馬達*的優(yōu)勢就是微型化。本質(zhì)上，記憶合金馬達其實是通過2根絲材之間的對抗運動來實現(xiàn)姿態(tài)控制——當然，現(xiàn)在隨著功能越來越復(fù)雜，已經(jīng)從2根發(fā)展到4根、6根或者8根，但體積依然比VCM馬達小得多，可以大幅節(jié)省鏡頭空間。

　　第二，記憶合金它是通過電阻大小來判斷形變的大小和長度，所以也不需要加裝額外的傳感器。

　　此外，記憶合金基本上不會用到磁性材料，所以也不需要做專門的防磁干擾設(shè)計，這是它的幾點優(yōu)勢。

　　不過，它的缺點也很明顯，就是貴。目前記憶合金馬達成本還比較高，只能用在高端手機上，但是隨著產(chǎn)業(yè)化進程，成本一定會慢慢降低，我認為未來還是非常值得期待的。

　　險峰：這個行業(yè)壁壘有多高？比如一家做醫(yī)用記憶合金的企業(yè)，如果要切馬達這個場景，難度如何？

　　金明江：我不太方便去評價同行，但坦白說，現(xiàn)在國內(nèi)大部分做記憶合金的廠家，主要還是關(guān)注在醫(yī)療領(lǐng)域，心血管支架之類。就像我剛才說的，高精度記憶合金器件涉及到多學(xué)科交叉，是一個非常尖端的前沿產(chǎn)業(yè)，所以目前為止我確實還沒有看到，國內(nèi)在這個領(lǐng)域有特別突出的企業(yè)。

　　此外，對于高精度記憶合金的選材，目前也還沒有一個非常明確的標準，比如什么樣的材料是好材料，哪些指標屬于關(guān)鍵指標，行業(yè)內(nèi)還沒有沒有形成共識，在這方面，國內(nèi)廠家可能也需要一定時間的積累。

　　險峰：但VCM畢竟是一個很成熟的方案，一年也有十幾億部手機的出貨量，如何說服客戶接受這種新材料的？

　　金明江：其實，新材料很難通過說服客戶來實現(xiàn)應(yīng)用，它涉及到一個系統(tǒng)性的替換，初期的替換成本是非常高的，所以還是要從產(chǎn)品力和技術(shù)力層面入手，讓客戶看到趨勢，相信趨勢。

　　比如，記憶合金馬達的體積更緊湊，不需要傳感器，也沒有磁性，那么這樣的產(chǎn)品，你相不相信它會最終替代VCM?

　　再比如，現(xiàn)在記憶合金馬達很貴，但是它里面不會用到貴重金屬，結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)馬達更簡單，未來隨著技術(shù)不斷成熟，不斷標準化，你相不相信它的成本最終會低于VCM?——如果相信，他就會提早布局。

　　險峰：我理解接受一款新材料，可能也需要材料廠商、馬達廠商、軟件廠商，甚至到手機廠商共同努力，經(jīng)歷一個漫長的磨合期，這個周期大概要多長時間？

　　金明江：從國外的SMA發(fā)展歷史來看，整個磨合周期通常要5年左右——但這是從材料研發(fā)開始算的。像我們之前因為已經(jīng)有了五六年時間的積累，所以會快很多，如果是做手機馬達的話，最快大概只需要半年。

　　*步可能是馬達廠商先接到訂單，然后我們的材料進場。初期是一些外圍實驗，比如跌落、破壞，包括壽命實驗之類的，然后把材料裝進馬達測試，再到模組，到工程樣機，整個過程大概半年左右。因為手機行業(yè)迭代非�？�，所以只需要半年，但如果是別的行業(yè)，時間會更久一些。

　　到時候更久的時間肯定是在這個材料出來，前期的研發(fā)過程，這個可能是需要幾代學(xué)者的一個努力才有可能把材料做出來。

　　前期的準備工作材料研發(fā)應(yīng)該是需要更長時間，因為像我們團隊的話在做這個材料的話，我們也是應(yīng)該有，到現(xiàn)在也五六年的時間。

　　險峰：此前您曾以大學(xué)教授的身份，承接過企業(yè)的研發(fā)課題，到現(xiàn)在自己下場創(chuàng)業(yè)，親自為客戶交付產(chǎn)品，您覺得兩者有哪些不一樣？

　　金明江：完全不同的感覺。我舉個例子，搞研發(fā)就像做一塊木板，你只要保證它足夠長就行了;但產(chǎn)業(yè)化就像做一堆木板，每一塊不一定要多長，但必須保證每一塊都不能有短板。

　　做企業(yè)真是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，產(chǎn)銷研、人財物，一樣都不可缺少;特別是手機鏡頭這樣一個產(chǎn)品，真的是要保證每一件貨都萬無一失，不能有任何的問題，今天我們只是剛剛完成了從0到1，可能連0-1都不算，后面還有1到100，都非常有挑戰(zhàn)性，我自己也還在一個摸索的過程中。

　　險峰：王老師可能是國內(nèi)最早從事“AI+材料”研究的教授之一，您能否簡單介紹一下，這個行業(yè)目前的發(fā)展趨勢？

　　王樂耘：感謝險峰的邀請，非常榮幸今天能和大家做一個分享。

　　我本人是從2017年開始從事“AI+材料”研究的，當時是受到了AlphaGo的影響，就想到能不能把AI用到材料研發(fā)上來。那時這個方向還比較小眾，2016年如果你去全球論文庫搜索“AI+材料”，大概只有100多篇論文，但是到2021年，這個數(shù)字就上升到了3000多篇，有了一個指數(shù)級的增長。

　　究其原因，一方面是能用于機器學(xué)習(xí)的材料數(shù)據(jù)越來越多，另一方面還要歸功于與AI自身的進步，比如硬件算力的提升，以及算法方面的改進，特別是今年GPT誕生之后，給這個領(lǐng)域帶來了非常大的機會。下面我簡單分享一下，我們這個行業(yè)具體是如何工作的。

　　首先是要獲取數(shù)據(jù)，來源一般有三個：

　　以前我們材料專業(yè)的學(xué)生，都會有一個自己的實驗記錄本，記錄每天的數(shù)據(jù)，通過分析其中的一些邏輯關(guān)系來寫論文，或者推導(dǎo)公式。但隨著AI時代的來臨，今天材料數(shù)據(jù)已經(jīng)到達一個海量的狀態(tài)，而且每天都在增長，所以現(xiàn)在國際上已經(jīng)建立了很多的 materials data repository(材料數(shù)據(jù)存儲庫)，這些數(shù)據(jù)庫中會包含大量的高質(zhì)量基礎(chǔ)信息，比如材料的原子間勢、能帶帶寬等等，其中大部分庫都是共享的，這是*個數(shù)據(jù)來源。

　　第二個數(shù)據(jù)來源是實驗，過去我們也會做實驗，但是現(xiàn)在AI可以通過貝葉斯算法，推薦你下一個實驗應(yīng)該去做什么，這被稱為“主動學(xué)習(xí)”，這樣就能夠產(chǎn)生更多的高質(zhì)量實驗數(shù)據(jù);第三個是NLP技術(shù)，讓AI從互聯(lián)網(wǎng)或者科研文獻中直接抓取數(shù)據(jù)。在這三項技術(shù)的加持下，今天我們獲取材料數(shù)據(jù)能力已經(jīng)今非昔比，這也構(gòu)成了整個行業(yè)的基礎(chǔ)。

　　獲得了數(shù)據(jù)之后，下一步是fingerprinting，中文叫特征化;就是說每塊材料，我怎么選擇最合適特征去描述它?

　　比如最基礎(chǔ)的，材料中含有哪些元素，每種元素的含量是多少?再下來可能是原子間勢、晶胞結(jié)構(gòu)，包括一些物理參數(shù)等等，這些都還是人類能夠理解的特征。但現(xiàn)在由于AI 技術(shù)發(fā)展，機器可以自動化地生成一些我們不知道的特征，甚至預(yù)測出一些特性，然后再將其符號化，所以在整個AI for materials 當中，這個部分是最最核心的，也是各研究團隊之間真正拉開差距的部分。

　　當這些特征被篩選出來之后，我們就可以用不同的AI算法來處理不同的問題，比如用CNN做圖像識別，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來尋找新材料，當然最值得期待的還是大模型。舉個例子，以前大家要解決某個材料的*性原理問題，必須要計算量子力學(xué)方程，費時費力，成本非常高，但是現(xiàn)在有了深度學(xué)習(xí)大模型之后，無論是計算*層的波函數(shù)，還是分子結(jié)構(gòu)預(yù)測，速度都非�？�。

　　除此之外，我們還可以用計算機視覺算法做一些顯微組織的識別，甚至制造一些自動化的實驗機器人。當然，最終的目標還是能夠?qū)崿F(xiàn)材料的逆向設(shè)計，即完全超越人類的知識和想象，讓AI直接從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫出發(fā)去發(fā)現(xiàn)新材料，目前這在一些半導(dǎo)體材料和高分子材料中已經(jīng)取得部分成功。

　　所以我個人非�？春肁I for materials，這是一個即將爆發(fā)的賽道，現(xiàn)在我每天都能看到很多新論文，被各種研究成果所震撼，這非常令人激動。

　　險峰：在您看來，下一步GPT-4會給 AI for materials 行業(yè)帶來哪些變化？

　　王樂耘：首先GPT-4實現(xiàn)了多模態(tài)，不僅可以識別文字，還可以識別圖像和視頻，這就有了非常大想象的空間。

　　比如以往我們在材料研發(fā)過程中，會用到顯微組織圖、X射線衍射譜等，或者實時監(jiān)測材料加工過程信號的視頻，如果這些素材都可以變成參數(shù)變量，交給機器學(xué)習(xí)，很可能會帶來革命性變革。

　　再比如 transformer 架構(gòu)可以把材料的三維原子結(jié)構(gòu)，投射到一個二維的數(shù)據(jù)庫當中，讓機器去尋找那些人類無法理解、原子級別的關(guān)聯(lián)，那未來也很可能會誕生一個 Materials-GPT——所以我才說這是一個令人激動的時代，很多顛覆性的應(yīng)用可能正在路上。

　　險峰：一般的金屬材料，它的研發(fā)過程是怎么樣的？比如以車身用鋁合金為例，像您這樣的高校團隊在其中會扮演什么樣的角色？

　　王樂耘：金屬材料今天已經(jīng)很成熟了，尤其像鋁合金，已經(jīng)有非常多的商用牌號，比如3系、5系、6系、7系，所以很多部件的材質(zhì)也是固定的，比如車身什么牌號，底盤用什么牌號——像汽車里面5系6系用的多，飛機里面7系用的多。

　　但是如果是造一款新車，需要重新設(shè)計，那就有可能涉及到新材料的需求。

　　一般是車廠找到一級供應(yīng)商提需求，我要一個什么樣的部件，需要達到什么樣的性能指標，一級供應(yīng)商查閱自己的材料手冊，有的話直接供貨，沒有的話就會去找下面的二級材料供應(yīng)商。

　　同樣，材料供應(yīng)商也是先查閱內(nèi)部手冊，有的話直接供貨，沒有的話才會組織研發(fā)——這時他們可能會與高校聯(lián)系，做一個橫向課題。

　　等高校開發(fā)出滿足需求的材料，就會以配方和樣品的形式交給材料廠商，由材料廠商小試、中試，證明這種材料不僅可以在實驗室中合成，也可以在真實環(huán)境下量產(chǎn)，之后交給一級供應(yīng)商，做成產(chǎn)品進行整體性能測試，最后交給主機廠驗收，基本都是這樣一個過程。

　　險峰：聽上去還是挺繁瑣的，未來這里某些環(huán)節(jié)是否可以被AI替代？

　　王樂耘：不一定能完全替代，但肯定是會加速。

　　舉個例子，過去車廠提出一個新設(shè)計，一級供應(yīng)商一看，材料手冊里沒有，那為了怕麻煩，車廠可能就會放棄原有的設(shè)計，但現(xiàn)在有了AI，我們就可以建立一座虛擬實驗室，先讓AI去看看這種材料能不能生產(chǎn)出來，需要多少成本和時間，這樣車廠就有動力去使用新材料。

　　其實整體來看，現(xiàn)在AI技術(shù)在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用是逐漸增多的，比如金屬玻璃、高熵合金，包括剛才金老師提到的形狀記憶合金，也可以通過計算可以來預(yù)測它的相變溫度等等。

　　特別是催化劑，目前AI參與的也非常多，因為催化是原子尺度上的化學(xué)反應(yīng)，之前都是通過電鏡來觀察，現(xiàn)在能夠用AI直接預(yù)測出來，就能更好的找到新催化劑。

　　險峰：中國是全球*的金屬材料生產(chǎn)國和消費國，但同時我們很多高端金屬材料還要依賴進口，您覺得未來 AI 技術(shù)能否幫助我們改變這個現(xiàn)狀。

　　王樂耘：完全有可能。事實上，我覺得中國是最適合發(fā)展 AI for materials 的國家。

　　正如你提到的，中國是世界上*的材料生產(chǎn)國與消費國，我們有800多萬家的材料企業(yè)，但為什么產(chǎn)品質(zhì)量不如國外?主要還是我們在生產(chǎn)過程中不規(guī)范，或者說是沒有經(jīng)過科學(xué)指導(dǎo)。比如做高溫合金，國外企業(yè)是從礦石開始，怎么提煉，怎么純凈化，溫度是多少，每一步都非常嚴格，非常精準。

　　所以我們要想真正打造材料強國，必須要在數(shù)字化方面下功夫，在整個材料的生產(chǎn)過程中，一定要實現(xiàn)全面的數(shù)字化管理，而AI就是一個很好的機會，比如數(shù)字孿生等等，這樣才能夠把材料的品控做好。

　　險峰：AI+制藥和 AI+材料這兩個技術(shù)能夠互相復(fù)用嗎？兩者有哪些異同之處？

　　王樂耘：還是很不一樣的，藥的研發(fā)周非常長，從找到一個有效分子，到管線，到臨床123期，最后才能上市賣，中間每一步失敗的風(fēng)險都很高;但同時，制藥又是一個非常暴利的行業(yè)，有很長的專利保護期，所以資本也會更愿意投入。

　　而材料的話，它的迭代周期會非常快，比如我發(fā)現(xiàn)一種材料，馬上就能合成，緊接著就可以推廣，快速變現(xiàn);但在專利保護方面，材料比制藥弱得多，仿制者只要在其中加入一些無害的微量元素，就可以非常容易的繞開專利，所以大家也基本上不太會申請專利，而是作為一種秘密技術(shù)，保存在企業(yè)內(nèi)部。

　　這樣長期下來，材料企業(yè)就變成了一個個的信息孤島，所以我們才希望能用AI的方式提升創(chuàng)新的能力，不斷把行業(yè)規(guī)模做大。