人工智能不僅僅在改變人們的生活方式 也在改變科學家做研究的方式

人工智能不僅僅在改變人們的生活方式，也在改變科學家做研究的方式。

近日，北京大學人民醫(yī)院在其官網(wǎng)宣布，該院研究團隊利用人工智能方法協(xié)助確定中國及美國初步診斷糖尿病人群的糖尿病分型，為糖尿病的精準治療提供了理論依據(jù)。

人工智能學會下圍棋、沖咖啡、打乒乓球就已賺足人氣，干嘛要做協(xié)助確定糖尿病分型這種深奧的事情呢？因為，科學家需要它們。

正在成為得力助手

2018年12月第一期雜志封面，向人們介紹了一位“數(shù)字神童”——史上最強棋圣“阿爾法零”。作為兩年前驚艷亮相的人工智能“阿爾法圍棋”進化版，“阿爾法零”不但征服了圍棋，而且僅分別“自學”2小時和4小時后，就擊敗最強的日本將棋和國際象棋人工智能程序。

“阿爾法零”的飛速成長，代表了2018年人工智能的進步。在移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、超級計算和腦科學等新理論新技術的驅動下，問世60余年、遭遇多次質疑的人工智能迎來新一輪發(fā)展熱潮，真正進入了落地實踐階段：各國新政密集出臺、科技巨頭紛紛布局、最新進展日新月異……一個“新智能時代”正在到來。

“阿爾法”系列人工智能不僅在棋牌領域打遍人類無敵手，最新的“阿爾法折疊”還能有效預測蛋白質的三維結構，并在12月初的一個國際競賽中擊敗眾多對手奪冠。研制“阿爾法”系列程序的英國“深層思維”公司發(fā)表聲明說，這“證明人工智能可驅動和加速科學新發(fā)現(xiàn)”。

從科研成果看，人工智能正在眾多領域“開疆辟土”，醫(yī)療健康領域首當其沖。過去一年，從確定藥物分子結構到提高藥物開發(fā)效率，從早期癌癥診斷到預測腫瘤發(fā)展，都可以看到人工智能在發(fā)揮作用。比如，美國加州大學洛杉磯分校的一項人工智能成果，能比醫(yī)生診斷提早6年預測出阿爾茨海默?。幻绹固垢４髮W的物理學家開發(fā)出一種人工智能程序，只用幾個小時就“重新發(fā)現(xiàn)”了元素周期表；科學家已經(jīng)開始利用人工智能研究地震、海嘯的預防。

在應用上，美國醫(yī)療管理機構已批準了首個人工智能醫(yī)療器械，用于篩查糖尿病性視網(wǎng)膜病變；阿里云正利用人工智能幫助馬來西亞首都吉隆坡“治堵”；日本警方將對預防犯罪的人工智能系統(tǒng)進行測試；人工智能還成為體育界智囊，幫助運動員磨煉技能，提高比賽成績……

總體看，超強的計算能力、與日俱增的海量數(shù)據(jù)以及不斷涌現(xiàn)的優(yōu)秀算法三者結合，驅動人工智能加速發(fā)展，逐漸“脫虛向實”。知名咨詢公司普華永道發(fā)布的報告顯示，到2030年，人工智能將給全球國內生產總值帶來14％的增長，相當于15．7萬億美元。

努力擁抱人工智能

其他領域的科研人員也在努力擁抱人工智能。南京大學現(xiàn)代工程與應用科學學院教授李濤正嘗試將深度學習算法應用在超構光子技術領域。

在過去的幾百年甚至上千年的時間中，人們對光學的理解大都停留在宏觀層面，而隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，特別是21世紀以來微納加工技術的進步，科學家們開始關注微納尺度之下光的激發(fā)和傳播性質。因為在該尺度下，材料結構尺寸已接近甚至小于光的波長，利用這些結構可以實現(xiàn)自然材料所不具有的新穎光學效應和功能，這吸引了眾多科學家的研究興趣。而李濤研究的核心內容也是從這一方向展開的。

李濤與微納光學研究領域的結緣是一個在不斷嘗試中發(fā)現(xiàn)自我的過程。在研究過程中李濤關注到了納米尺度下一些新穎的光學現(xiàn)象，比如制備納米線所用的多孔氧化鋁模板的熒光效應，在填充介質后光譜的變化等。在強烈好奇心的驅使下，李濤在博士論文的收尾階段就獨自開始了納米光子學方向的探索。經(jīng)過一段時間調研后，李濤被負折射率材料的研究所吸引。負折射率材料是違反自然界材料的一種新穎的人工結構材料，它的核心原理可以通過構建一種人工磁性的負磁響應來實現(xiàn)。

李濤組建了一套用于觀察研究表面等離激元在金屬表面?zhèn)鞑バ再|的實驗裝置，并發(fā)展創(chuàng)新了表面波調控方法，在2011年前后取得了一系列重要研究成果。其中，李濤研究組實現(xiàn)的表面等離激元艾里波束，受到了國內外科研界的廣泛關注。緊隨其后，李濤研究組又做出了等離激元聚焦、波分復用、準直波束、空間艾里光束等研究。近年來，他們還以此發(fā)展出近場全息技術，得到了領域內的廣泛關注。

近十年來，李濤領導的科研小組一直專注于表面等離激元光學、人工超構材料的研究，取得了一系列優(yōu)秀的科研成果，多篇論文發(fā)表在《自然—通訊》《物理評論快報》《納米快報》等國際重要刊物上。

表面等離激元（SPP）是一種存在金屬與介質界面的電磁模式，具有亞波長傳播和局域場增強的特性，因而受到人們的青睞，是微納尺度下進行光子操縱和集成的優(yōu)良載體，在高靈敏生物檢測、傳感和新型光源等領域獲得了廣泛重視。因而，對其基本物理性質的研究具有重要的意義。

2017年，李濤研究組在等離激元波空間輻射全息成像方面又獲得新進展。成功通過傳播的表面等離激元與空間的全息目標光場干涉，獲得可實現(xiàn)多個成像目標復用的全息圖，并可通過不同傳播方向的等離激元波激發(fā)將其讀出重構出來。該方法突破了傳統(tǒng)偏振復用全息僅有的兩個正交態(tài)的限制，獲得了四重無串擾的全息圖樣。雖然這一工作以全息成像作為演示結果，但其更重要的意義在于將表面等離激元面內傳播與空間多維光場調控結合了起來，實現(xiàn)了倏逝波的信息與空間光場信息進行有效轉換。這一全新的光場調控思路將為微納尺度下的光子技術開拓了新的方案和研究平臺。

人工智能和大數(shù)據(jù)，是有機結合體？

不過，目前來看，像“阿爾法折疊”這樣針對特定科研領域的人工智能應用鳳毛麟角。普通科學家要想得心應手地用上人工智能這個工具，還是有一定門檻。

如今，我們每個人都在談論“人工智能＋大數(shù)據(jù)”，新一代人工智能技術引領下的智能制造系統(tǒng)，是‘互聯(lián)網(wǎng)＋大數(shù)據(jù)＋人工智能＋’時代的一種智能制造新模式、新手段和新業(yè)態(tài)。

“互聯(lián)網(wǎng)＋大數(shù)據(jù)＋人工智能＋”時代需要創(chuàng)新、綠色、開放、共享、個性。這個時代的核心技術，主要包括7類新技術深度融合的綜合性技術，特別是新的互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等等。其中新互聯(lián)網(wǎng)技術（傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、天地一體化網(wǎng)、未來互聯(lián)網(wǎng)等），新信息通信技術（如云計算、大數(shù)據(jù)、5G、高性能計算、建模／仿真、量子計算等技術）與新人工智能技術（基于大數(shù)據(jù)智能、群體智能、人機混合智能、跨媒體推理、自主智能等技術）的飛速發(fā)展，正引發(fā)國民經(jīng)濟、國計民生和國家安全等領域新模式、新手段和新生態(tài)系統(tǒng)的重大變革。

人工智能技術應用新階段

20世紀90年代至今，重大變革的信息新環(huán)境、技術和人類社會發(fā)展的新目標正催生人工智能技術與應用進入一個新的進化階段：

第一，要圍繞制造強國重大需求，協(xié)調推進基于新一代人工智能技術的智能制造的技術、產業(yè)和應用發(fā)展。

從總體上講，我國制造業(yè)正面臨加快推進“五個轉型”的嚴峻挑戰(zhàn)。我國智能制造的技術、產業(yè)和應用等方面還處于起步階段。所以，需要貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念，以創(chuàng)新發(fā)展為主題，以促進制造業(yè)提高質量增加效益為中心，以加快新一代人工智能技術與制造業(yè)深度融合為主線，協(xié)調發(fā)展自主的智能制造技術、產業(yè)和應用，通過30年／3個階段的努力奮斗，實現(xiàn)從制造大國發(fā)展為制造先進強國的宏偉戰(zhàn)略目標。

第二，要基于新一代人工智能技術，推進智能制造技術的集成應用及其制造模式。

要部署實施一批跨企業(yè)（行業(yè)／區(qū)域）、企業(yè)級、車間級和制造單元級等不同層次智能制造系統(tǒng)的構建與應用示范，推進基于新一代人工智能技術的智能制造關鍵技術裝備、核心支撐軟件、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等系統(tǒng)集成應用，推廣流程智能制造、離散智能制造、網(wǎng)絡化協(xié)同制造、遠程診斷與運維服務等新型制造模式。

第三，要基于新一代人工智能技術，推進制造全生命周期活動的智能化。

要圍繞離散制造全生命周期活動的智能化發(fā)展需求，部署實施基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)群體智能的個性化創(chuàng)新設計、協(xié)同研發(fā)群智空間、智能云生產、智能協(xié)同保障與供應營銷服務鏈等應用示范；圍繞流程制造全過程、全流程活動的智能化發(fā)展需求，部署實施基于新一代人工智能技術的流程工業(yè)智能感知、智能建模、智能控制、智能優(yōu)化與智能運維等應用示范；圍繞我國創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和提升我國制造業(yè)自主設計創(chuàng)新能力的重大需求，部署實施服務于從概念創(chuàng)意到研發(fā)、生產、試驗、服務等全產業(yè)鏈的大數(shù)據(jù)智能創(chuàng)新設計和群智眾創(chuàng)設計等典型示范。

第四，要加快建立和發(fā)展基于新一代人工智能技術的我國自主智能制造技術、標準、使能產品和系統(tǒng)運營等產業(yè)。