當前，新材料研發(fā)正從傳統(tǒng)“試錯法”邁向數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動的新范式，研發(fā)理念由“設計材料”到“用材料設計”轉(zhuǎn)變。人工智能不僅加速材料發(fā)現(xiàn)周期，更在揭示構(gòu)效關(guān)系、優(yōu)化工藝路徑上開啟顛覆性機遇，推動材料研發(fā)向精準化、智能化躍遷。

《科技導報》2025年第24期推出了“人工智能賦能新材料研發(fā)專題”。本專題集中展示了AI技術(shù)驅(qū)動材料科學創(chuàng)新的前沿進展，聚焦AI在先進材料研發(fā)、金屬材料組織圖像識別與定量分析、高強鋼智能設計與性能解析、復合材料性能預測中的具體應用。這些研究體現(xiàn)了AI正推動材料研發(fā)向智能化、精準化的新范式全面轉(zhuǎn)型。

卷首語

設計——制造和創(chuàng)造的先導和藍圖

作者：路甬祥

作者信息：中國科學院院士，中國工程院院士，曾任浙江大學校長、中國科學院院長、第十屆及第十一屆全國人大常委會副委員長。研究方向為流體傳動與控制。

摘要：創(chuàng)新設計，不僅是科技與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的先導和藍圖，更是全面建設中國特色現(xiàn)代化制造強國通向未來美好生活的橋梁。

科技新聞

前沿動態(tài)

• 中國4項成果入選

  Science

  年度十大突破

• 資源三號衛(wèi)星讓立體測繪邁入“日覆蓋”時代

• 中國L3級首批自動駕駛車型準入許可正式落地

• 侵入式腦機接口臨床試驗實現(xiàn)三維交互突破

• 永久化學品借全球海魚貿(mào)易悄然滲透餐桌

• 破解黃瓜如何“生男生女”難題

• 地球初期“源頭之水”深埋于地幔被證實

• 讓癌細胞“過敏”：研究者巧用“肥大細胞”治腫瘤

卓越亮點

• 像章魚一樣“暢游”海洋——仿生水凝膠抓取器解鎖水下精準作業(yè)

• 無人機拖曳式地磁測繪助力水下考古與油氣開發(fā)

深度報道

• 體內(nèi)生成的抗癌細胞助患者擺脫頑疾

• 回補枯竭的地下水可能誘發(fā)小型地震

科技評論

數(shù)據(jù)要素時代的隱私計算平臺互聯(lián)路徑與挑戰(zhàn)

作者：劉穎慧1,2，魏進武2*，張溶芳2，蔡一欣2，李堃2

1. 北京交通大學電子信息工程學院

2. 中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司研究院

摘要：隱私計算是實現(xiàn)“數(shù)據(jù)可用不可見”的核心技術(shù)，隱私計算平臺繁榮發(fā)展，逐漸形成了以隱私計算平臺為核心的“平臺孤島”現(xiàn)象。如何解決“平臺孤島”問題，進一步促進數(shù)據(jù)要素融合和價值成為重要的研究方向。梳理了國內(nèi)外典型的隱私計算平臺功能、國內(nèi)隱私計算平臺的互聯(lián)生態(tài)現(xiàn)狀，結(jié)合行業(yè)實踐案例，明確節(jié)點互聯(lián)和算法互聯(lián)的研究范疇，剖析節(jié)點和算法互聯(lián)的不同模式。總結(jié)了隱私計算跨平臺互聯(lián)的算法、數(shù)據(jù)、安全和性能難點，雖然隱私計算平臺互聯(lián)互通面臨底層技術(shù)不兼容、跨平臺數(shù)據(jù)資源操作難和數(shù)據(jù)泄露風險高，以及多方通信性能難以滿足用戶需求等多種挑戰(zhàn)，但是跨平臺互聯(lián)仍然是未來發(fā)展的重要趨勢。標準和規(guī)范方面，金融行業(yè)、電信行業(yè)都在探索行業(yè)內(nèi)部的隱私計算平臺互聯(lián)標準。技術(shù)方面，雙向適配模式下的雙方適配功能將逐漸被“適配器”式的轉(zhuǎn)換產(chǎn)品替代，而規(guī)?；?、基于開放協(xié)議的平臺互聯(lián)互通將逐漸成為更多技術(shù)方的選擇。

本刊專稿

時空智能助推新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展

作者：李德仁，郭昊南*

武漢大學測繪遙感信息工程全國重點實驗室

摘要：給出了時空智能（spatio?temporal intelligence，STI）的定義，揭示了時空智能在測繪遙感地理信息學中的數(shù)字化、信息化、網(wǎng)絡化、智能化與實時化特征，及其在人工智能領(lǐng)域的重要地位，它通過自動和實時地感知與認知自然和人類活動，為人工智能開拓了廣闊的應用前景?；仡櫜⒄雇藭r空智能從定位、導航與授時（PNT）服務向定位、導航、授時、遙感與通信（PNTRC）服務的創(chuàng)新演進，建立通導搖一體化的空天信息實時智能服務系統(tǒng)，并構(gòu)建中國的空天信息全球?qū)崟r監(jiān)測網(wǎng)絡。在此基礎(chǔ)上，探討了時空智能在低空經(jīng)濟、公共安全與大健康、自動駕駛與機器人、智慧電網(wǎng)與智慧工廠、林草監(jiān)測與國家公園智能管理、應急管理等領(lǐng)域的應用案例，展示了其在推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展中的重要作用。

特色專題：人工智能賦能新材料研發(fā)

人工智能在先進材料研發(fā)中的應用

作者：董樊麗1,2，肖志鵬1,2，李艷輝2

1. 上海交通大學材料科學與工程學院

2. 上海交通大學內(nèi)蒙古研究院

摘要：綜述了人工智能（artificial intelligence，AI）在材料成分與結(jié)構(gòu)設計、性能預測、合成優(yōu)化及工業(yè)實踐中推動材料研發(fā)從經(jīng)驗試錯向智能設計范式轉(zhuǎn)型的前沿進展。通過融合數(shù)據(jù)驅(qū)動方法、物理嵌入建模與自主實驗系統(tǒng)，AI 實現(xiàn)了跨尺度性能高精度預測、極端性能材料的逆向設計、合成工藝智能優(yōu)化及缺陷無損檢測等，顯著縮短了研發(fā)周期并突破了傳統(tǒng)試錯研發(fā)周期長、實驗成本高且難以系統(tǒng)逼近材料性能極限等瓶頸。歸納了 AI 在穩(wěn)定晶體高效篩選、輻射制冷材料定向開發(fā)等典型案例中的利用晶體圖神經(jīng)網(wǎng)絡高效篩選大量穩(wěn)定化合物，以及通過深度生成模型實現(xiàn)性能創(chuàng)紀錄的輻射制冷材料逆向設計等突破，闡述了少樣本學習、遷移學習及物理機理融合等技術(shù)對數(shù)據(jù)稀缺和多尺度建模等挑戰(zhàn)的應對方案。未來，AI 將推進材料研發(fā)向數(shù)據(jù)驅(qū)動、自主決策和智能迭代的高階范式加速躍遷。

人工智能在金屬材料組織圖像識別與定量分析中的應用

作者：沈春光1,2，孫碩1,2，徐偉3*，鄭士建1,2*

1. 河北工業(yè)大學高性能軋輥材料與復合成形全國重點實驗室

2. 河北工業(yè)大學天津市材料層狀復合與界面控制技術(shù)重點實驗室

3. 東北大學數(shù)字鋼鐵全國重點實驗室

摘要：基于人工智能（artificial intelligence，AI）技術(shù)的微觀組織識別及定量化兼具高精度和高效率的優(yōu)勢，有力推動了高通量組織分析技術(shù)的發(fā)展。聚焦 AI 輔助金屬材料組織圖像分析這一新興領(lǐng)域，以微觀組織由定性分析逐步向精細定量分析的發(fā)展為脈絡，系統(tǒng)綜述了傳統(tǒng)機器學習分類算法、深度學習分類算法、目標檢測算法、語義分割算法在金屬材料微觀組織分類、識別以及定量化方面的研究進展，尤其重點論述了廣泛采用的語義分割算法的研究現(xiàn)狀；同時，針對 AI 算法在材料微觀組織圖像分析領(lǐng)域面臨的組織復雜度高、標注樣本匱乏等瓶頸問題，介紹了數(shù)據(jù)增強、模型架構(gòu)改進等方面的創(chuàng)新策略及其應用效果。最后，總結(jié)和展望了基于 AI 的微觀組織圖像分析方法目前存在的不足以及未來的發(fā)展方向。

機器學習輔助增強成形性雙相鋼的設計與組織性能關(guān)系解析

作者：張浩1,2，張書海1,3，張世博1,5，趙帆1,3,4*，張志豪1,3，謝建新1,3,4

1. 北京科技大學新材料技術(shù)研究院，現(xiàn)代交通金屬材料與加工技術(shù)北京實驗室

2. 首鋼集團有限公司技術(shù)研究院

3. 北京科技大學新材料技術(shù)研究院，材料先進制備技術(shù)教育部重點實驗室

4. 北京科技大學高精尖學院，北京材料基因工程高精尖創(chuàng)新中心

5. 冶金工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展研究中心

摘要：增強成形性雙相鋼（DH 鋼）是在雙相鋼（DP 鋼）基礎(chǔ)上研發(fā)的先進高強鋼，以滿足汽車復雜形狀零件成形對材料塑性的更高要求。目前，抗拉強度 980 MPa 級別的 DH 鋼已實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，抗拉強度 1180 MPa 級別的 DH 鋼研發(fā)受到廣泛關(guān)注。采用面向性能的機器學習方法，設計了一種 1180 MPa級 DH 鋼的化學成分和制備工藝參數(shù)，并通過可解釋性機器學習分析了材料顯微組織特征與力學性能之間的內(nèi)稟關(guān)系。首先，基于文獻數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡算法構(gòu)建成分/工藝?性能預測模型，并采用多目標遺傳算法高效設計了新型 DH 鋼的化學成分。然后，基于新型 DH 鋼的制備工藝參數(shù)正交實驗結(jié)果，采用隨機森林算法構(gòu)建了以工藝參數(shù)為輸入的抗拉強度和斷后伸長率（A80）預測模型，通過多目標遺傳優(yōu)化算法得到了較優(yōu)的制備工藝參數(shù)，即卷曲溫度 510℃、退火溫度 860℃、退火時間 160 s、緩冷溫度 715℃、過時效溫度 340℃、過時效時間 110 s。設計的新型 DH 鋼具有優(yōu)異的強塑性匹配，抗拉強度和斷后伸長率分別為 1214 MPa 和 15.5%。最后，采用 SHAP 分析揭示了組織特征對力學性能的影響規(guī)律，為先進高強鋼的設計和組織性能調(diào)控提供理論參考。

基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的纖維增強復合材料性能預測研究進展

作者：許鳳1，劉玲2，張超2，朱杰3，張瑋婷4，董昊4，黃浩1，高明1*，喻學鋒1*

1. 中國科學院深圳先進技術(shù)研究院

2. 廣州金發(fā)碳纖維新材料發(fā)展有限公司

3. 中化數(shù)智科技有限公司

4. 中國信息通信研究院

摘要：隨著數(shù)據(jù)資源獲取、深度學習演化和模型推理生成等技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)驅(qū)動方法憑借其在挖掘高維非線性關(guān)系、構(gòu)建代理模型及處理多模態(tài)數(shù)據(jù)方面的獨特優(yōu)勢，為纖維增強復合材料的性能預測提供了強有力的工具。系統(tǒng)介紹了該領(lǐng)域的研究進展，對復合材料關(guān)鍵參數(shù)的數(shù)字化表征方法進行梳理，重點描述了材料本征參數(shù)歸集、圖像驅(qū)動特征提取、物理信息特征工程以及跨尺度數(shù)據(jù)驅(qū)動4 類數(shù)字化表征方法，評述了數(shù)據(jù)驅(qū)動模型在復合材料力學、熱學、聲學及電學性能預測中的建模策略和預測精度，闡述了可解釋性分析與不確定性量化技術(shù)在增強模型透明度、量化預測風險方面的工程意義，并展望了構(gòu)建多尺度融合、物理引導與主動學習相結(jié)合的可解釋機器學習框架等方向，以期為數(shù)據(jù)驅(qū)動方法在復合材料性能預測領(lǐng)域的深化應用提供從理論基礎(chǔ)到工程實踐的完整視角。

研究論文

跨季節(jié)儲熱技術(shù)研究進展及發(fā)展趨勢

作者：張杰1,2，牛晨1

1. 西南石油大學機電工程學院

2. 石油天然氣裝備技術(shù)四川省科技資源共享服務平臺

摘要：儲熱作為一種新型儲能技術(shù)被廣泛地應用在清潔供暖、火電靈活性改造、綜合能源服務等多個能源細分領(lǐng)域，論述了跨季節(jié)儲熱技術(shù)的分類、工作原理，并對主要技術(shù)進行對比分析?？缂竟?jié)儲熱技術(shù)主要可分為顯熱、潛熱和熱化學儲熱，其中顯熱儲熱又可分為水箱儲熱、地下含水層儲熱、地埋管儲熱和礫石-水儲熱?！笆奈濉币?guī)劃明確了大力發(fā)展新型儲熱技術(shù)的重要地位，自“雙碳”目標提出以后，國家和地方出臺了多個政策推動能源轉(zhuǎn)型、促進綠色發(fā)展，其中許多內(nèi)容涉及儲熱儲冷，協(xié)調(diào)能源利用方面技術(shù)推廣。綜述了跨季節(jié)儲熱技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展情況，跨季節(jié)儲熱技術(shù)可以有效協(xié)調(diào)能源供需在時間、空間上的不匹配，利用太陽能、空氣能等能清潔能源或工業(yè)廢熱、建筑空調(diào)廢熱作為熱源來實現(xiàn)能源的夏儲冬用，為建筑冬季采暖、煤改清潔能源、區(qū)域能源供給提供新的技術(shù)路線。最后對跨季節(jié)儲熱技術(shù)未來發(fā)展進行了展望。

裂殖酵母：麥角硫因高效生產(chǎn)的潛力宿主

作者：羅周卿，馮科景，徐冬，丁汨佳，林宇禾

廈門大學生命科學學院

摘要：麥角硫因（ergothioneine, EGT）是一種天然高效的含硫抗氧化劑，在醫(yī)藥、化妝品和功能性食品等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。然而，其傳統(tǒng)生產(chǎn)方法效率低下，難以滿足市場需求。近年來，合成生物學技術(shù)的發(fā)展為 EGT 的高效生物制造提供了新思路。介紹了裂殖酵母（

Schizosaccharomyces pombe

）作為潛力宿主在 EGT 生產(chǎn)中的研究進展，重點分析了其內(nèi)源合成能力、代謝工程改造策略（如啟動子優(yōu)化、營養(yǎng)脅迫調(diào)控和誘變篩選）。探討了裂殖酵母在工業(yè)化應用中面臨的主要挑戰(zhàn)，包括相關(guān)領(lǐng)域存在空白，EGT 生理功能不明確和缺乏標準化檢測方法等，并提出解析代謝調(diào)控網(wǎng)絡、整合綠色生產(chǎn)工藝和建立標準化評價體系等未來研究方向，例如，為裂殖酵母作為 EGT 生產(chǎn)底盤的進一步開發(fā)和優(yōu)化提供參考。

無瓣海桑和秋茄林植物器官及沉積物的生態(tài)化學計量特征

作者：馮建祥1，史祺2，于晨曦3，陳獵一2，郭新澳2，魏龍4，林光輝2,5*

1. 中山大學海洋科學學院/南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）

2. 清華大學深圳國際研究生院海洋工程研究院

3. 中國科學院南海海洋研究所，熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點實驗室/廣東省應用海洋生物學重點實驗室

4. 廣東省林業(yè)科學研究院/廣東省森林培育與保護利用重點實驗室/廣東沿海防護林生態(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站

5. 清華大學地球系統(tǒng)科學系，地球系統(tǒng)科學模擬教育部重點實驗室

摘要：研究外來種無瓣海桑和鄉(xiāng)土種秋茄的植物器官及沉積物碳（C）、氮（N）、磷（P）化學計量特征，探究紅樹植物器官 C、N、P 化學計量與沉積物理化性質(zhì)是否存在關(guān)聯(lián)性。以珠海淇澳島 12 年生（SA12）和 18 年生（SA18）無瓣海桑人工林及附近 40 年生秋茄天然林為研究對象，選取光灘作為對照，采集植物葉片、枝條、根系以及 0~1 m 深度沉積物，測定 C、N、P 含量。結(jié)果表明：不同林齡無瓣海桑同一植物器官 C 和 N 含量無顯著性差異。秋茄葉片 C 含量（486.35±5.49 g/kg）顯著高于無瓣海桑（SA12：396.85±10.64 g/kg、SA18：398.32±5.57 g/kg），秋茄枝條 C 含量顯著（420.99±2.76 g/kg）低于 18 年生無瓣海桑（431.38±2.53 g/kg）。12 年生無瓣海桑葉片 P 含量（1.31±0.02 g/kg）顯著高于 18 年生無瓣海桑（0.80±0.04 g/kg），葉片低 C∶P 表明 12 年生無瓣海桑生長速度較快。無瓣海桑人工林 0~20 cm沉積物的 SOC 含量和 N 含量顯著高于光灘。12 年生無瓣海桑人工林 0~20 cm 深度沉積物 SOC 含量、N 含量和 C∶N 顯著低于 18 年生無瓣海桑人工林。無瓣海桑人工林 0~60 cm 深度沉積物 SOC 和N 含量及 C∶N 顯著低于秋茄天然林。分析發(fā)現(xiàn)，沉積物的容重是紅樹植物器官生態(tài)化學計量變化的主導因子。研究結(jié)果表明，在紅樹林生態(tài)恢復中，若追求長期碳匯功能應優(yōu)先選擇秋茄等鄉(xiāng)土樹種；對無瓣海桑人工林的管理需根據(jù)林齡（如幼齡林氮限制、老齡林磷限制）進行差異化養(yǎng)分調(diào)控，并可通過改善沉積物容重等物理結(jié)構(gòu)來提升其生態(tài)功能。

政策建議

中國深遠海海上風電用海管理問題分析與對策

作者：陳海航1，胡恒2,3*，岳奇3，丁寧3，何菁蕊3

1. 自然資源部寧波海洋中心

2. 自然資源部海洋空間資源管理技術(shù)重點實驗室

3. 國家海洋技術(shù)中心

摘要：針對當前中國在深遠海海上風電空間布局管控、管理政策、用海監(jiān)管等方面存在的不足，通過分析國內(nèi)外深遠海海上風電用海管理現(xiàn)狀，借鑒國外深遠海海上風電項目管理經(jīng)驗和中國近海海域海上風電管理實踐，研究提出相應對策建議：一是在查清深遠海資源生態(tài)本底的基礎(chǔ)上制定深遠海海上風電空間規(guī)劃，統(tǒng)籌推進深遠海海上風電項目實施；二是探索研究深遠海海上風電用海審批、開發(fā)模式、與其他行業(yè)融合發(fā)展等管理政策，明確具體實施路徑；三是從完善監(jiān)管制度、提升監(jiān)測能力、強化后評估等方面創(chuàng)新監(jiān)管模式，確保深遠海海上風電用海監(jiān)管及時有效。

科技人文

將科學生命系于國家所需：侯云德27年的入黨歷程

作者：黎潤紅1，戚文秀2

1. 北京大學醫(yī)學人文學院

2. 北京大學哲學系

摘要：侯云德是中國著名的醫(yī)學病毒學家，中國工程院院士，國家最高科學技術(shù)獎獲得者。以侯云德院士的 2 份入黨材料為核心史料，輔以科研論文、獲獎材料與訪談記述，采用文本細讀與科學社會學的綜合方法，考察了其入黨信仰如何進入科學生涯的關(guān)鍵選擇。通過比對侯云德 1956 年入黨志愿書與1980 年入黨申請書及其干擾素研究的發(fā)展路徑發(fā)現(xiàn)，侯云德將學術(shù)生命與國家所需緊密相連，以“國家所需、人民所盼”為宗旨，堅持“科研為民”，推進成果產(chǎn)業(yè)化，體現(xiàn)出信念堅定、報國為民、淡泊名利、甘于奉獻的科學家精神。

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《科技導報》創(chuàng)刊于1980年，中國科協(xié)學術(shù)會刊，主要刊登科學前沿和技術(shù)熱點領(lǐng)域突破性的研究成果、權(quán)威性的科學評論、引領(lǐng)性的高端綜述，發(fā)表促進經(jīng)濟社會發(fā)展、完善科技管理、優(yōu)化科研環(huán)境、培育科學文化、促進科技創(chuàng)新和科技成果轉(zhuǎn)化的決策咨詢建議。常設欄目有院士卷首語、科技新聞、科技評論、專稿專題、綜述、論文、政策建議、科技人文等。