AI与化学及交叉学科新局面——未来化学论坛

中国科学院大连化学物理研究所杨学明教授指出,化学学科发展有三大支柱:实验技术/方法/仪器、理论方法/模型,以及作为第三推动力的数据驱动AI技术AI在化学领域的核心价值在于提升科学问题的可预测性,助力更快解决材料研发、新药研发等重大科学技术问题;他同时提醒,AI应用需聚焦重要科学问题,避免陷入“AI for AI”的误区,以真正推动化学学科实现突破性发展。12.0000pt">人工智能(AI)技术飞速演进,其对化学及交叉学科领域的影响,既孕育着前所未有的发展机遇,也伴随着全新挑战。为深入探索AI时代下化学及交叉学科的未来方向,上海尚思自然科学研究院9月22日承办的未来化学论坛,旨在探讨化学研究范式当下及未来的发展路径。这场汇聚中外顶尖科学家与青年科研力量的学术盛会,不仅展现了前沿突破,更彰显出上海在这一领域的前瞻性布局与引领雄心。面对传统化学研究中分子体系复杂度指数级增长的 “指数墙” 困境,AI已成为破解难题的关键引擎,此次论坛恰为观察与讨论这场变革提供了绝佳视角。

中国科学院大连化学物理研究所杨学明教授指出,化学学科发展有三大支柱:实验技术/方法/仪器、理论方法/模型,以及作为第三推动力的数据驱动AI技术;AI在化学领域的核心价值在于提升科学问题的可预测性,助力更快解决材料研发、新药研发等重大科学技术问题;他同时提醒,AI应用需聚焦重要科学问题,避免陷入“AI for AI”的误区,以真正推动化学学科实现突破性发展。

杨学明教授

学者风采

论坛以“AI—Charting the Future of Chemistry Research”为主题,“Charting” 既蕴含用AI技术绘制化学研究新图谱的实践意义,也凸显其擘画未来发展路径的战略价值,直指人工智能与化学及交叉学科融合的前沿方向。围绕三大核心议题,论坛展开深度研讨:“AI时代研究范式创新” 解析人工智能如何突破传统化学依赖经验试错的瓶颈,重构研究逻辑;“化学智能系统发展” 聚焦技术攻坚与场景落地的路径,推动理论成果向产业应用转化;“跨学科融合” 则探寻AI与材料、药物研发等领域碰撞的创新可能,拓展交叉研究边界。

这些主题既紧扣全球AI驱动科学创新的浪潮,更直指化学研究智能化的核心路径。论坛汇聚的12位中外学者阵容,充分体现浦江创新论坛“专业、国际和青年”的主张:中国科学院大连化学物理研究所张东辉教授、复旦大学麻生明教授等顶尖学者领航,日本东北大学李昊教授等国际力量深度参与,更有一批活跃在前沿的青年科研骨干,形成跨越国界、交叉探索、贯通代际的思想碰撞场,呼应论坛探索前沿方向与尚思研究院推崇科学创新的初衷。在“AI时代研究范式创新”议题下,突破性探索已然显现。

在AI重构化学研究范式的探索中,不同团队从精准化、通用化、场景化等维度交出亮眼的观点。中国科学院大连化学物理研究所张东辉团队深耕高精度力场,自2013年研发FI-NN模型以来,调用1万核CPU运算400天生成400多万个水势能面点,精度较过往提升一个数量级,加入量子效应后水密度计算与实验高度契合,未来还将探究乙醇、生理盐水的分子作用机制,这类成果背后需攻克天文数字级的运算难题。若说张东辉团队代表“精准深耕”,复旦大学刘智攀教授则开辟“高效通用”路径——其构建的通用全局势函数模型,依托LASP平台输入分子式10-20秒即可生成三维结构,能帮化学家规避无效合成,未来甚至有望跳过势函数直接开展材料与反应设计。算力和算法是AI的两大工作前提,而数据是带来“涌现”的关键齿轮,日本东北大学李昊教授提出的“数字材料”理念,更以数据和AI为核心,整合大规模数据库、AI模型与自动化实验,构建 “预测—验证—反馈”闭环,推动化学从“经验驱动”向“数据与智能驱动”转型。实验与AI的融合也在催生新方法。复旦大学麻生明教授团队将实验模式从“摇瓶子”转向“挖数据”,“我们从大量实验中收集足够数据,通过描述符预测实验结果“,仅凭借476 条数据集,其模型回归系数(R²)便达0.6,后续补充描述符并优化权重后,预测精度还将进一步提升。

在这些AI基础日新月异发展的同时,有学者也更向前一步探索了 "具身智能 "和 "AI幻觉 "的挑战,他们都抱着乐观和勇敢探索的热情开展了工作。华东师范大学何晓教授详解CGPT 2.0与具身智能机器人协同系统,实现对大气化学反应机理的AI加速解析;厦门大学洪文晶教授聚焦超分子自由基电子学,展示团队在单分子器件高电导与低功耗领域的突破,为绿色化学与分子电子学融合提供新思路。不过,中国科学院化学研究所研究员江剑也指出纯数据驱动的短板:"幻觉问题难以解决,若单纯依靠数据驱动做实验可能有安全风险,基于物理知识嵌入的AI模型,才是AI for Chemistry的重要方向。"

当AI在化学基础研究中扎根,其与交叉领域的碰撞更显活力。药物研发领域,上海交通大学张健分享First-in-class药物设计,聚焦变构药物研发并推进 P53等候选分子至临床阶段;中科院上海药物所郑明月则以AI药靶预测为核心,涵盖新靶点筛选与反卷积,为创新药研发铺路。在蛋白质工程领域,上海交通大学洪亮团队整合150亿条蛋白质序列(含65亿条极端环境标签),借自然语言模型学习氨基酸“自然排列规则”,将实验量压缩至20-30个,让“非专家也能精准创新”成为可能,清晰呈现AI从工具到助手、再到引领者的演进。在生命科学交叉领域,西湖大学卢培龙教授深耕功能性膜蛋白从头设计,详解电压门控阴离子通道设计及调控神经元活性的成果;北大高毅勤教授则以“AI与分子计算:从工具到助手”为题,阐述AI与分子模拟融合、多Agent协作及染色质三维结构研究,为癌症靶点探索提供新路径。

这些突破背后,是研究范式的根本转变:从“试错法”到“预测—验证”模式,从单个实验室孤军奋战,迈向全球数据驱动的协同创新,从经验积累到算法进化。正如专家所言,AI不是要取代化学家,而是要解放科学家的创造力,让他们从重复劳动中脱身,聚焦真正具有突破性的科学问题。

鲁白教授

近年来,上海已构建起从算力基础设施至开源生态的全链条支撑体系,为AI与化学的深度融合提供了人才、制度、产业等多维度保障。如今,上海正在酝酿更多的突破,若干新型研发机构脱颖而出,其中本次论坛的承办方尚思研究院将以先行之力呈现对科研的贡献。尚思研究院院长鲁白教授指出,中国科研当前面临原创能力薄弱的短板,研究常聚焦于“资源堆积型”、“热点追踪型”及“me too/me better” 三类研究模式,而尚思研究院推崇好的科研要符合的“四个性”标准:前沿性、开拓性、突破性、颠覆性。从最初立意到最终呈现,此次论坛向全球展现了上海在新一轮科技革命中的硬核实力:前沿科学家齐聚浦江之畔碰撞思想,实验室的创新成果借助高效的生态链转化为产业动能,这座城市正逐步成为 AI重塑化学及交叉学科研究的标杆之城。

针对本次论坛,知识分子上海科技科学网财联社科创板日报等媒体也分别做了报道。

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