马晶:走进分子世界,让AI为新材料研发服务

紫金山新闻
2024-08-02 18:13
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人物简介

马晶,南京大学化学化工学院教授、博士生导师,南京南欣医药技术研究院有限公司董事长,担任中国化学会理论化学委员会委员。曾主持10余项国家自然科学基金项目和3项科技部973课题,获第九届中国青年女科学家、中国化学会青年化学奖、首届南京青年科技创新奖、教育部自然科学一等奖等荣誉。先后荣获“全国巾帼建功标兵”“江苏省巾帼建功标兵”以及“江苏省新长征突击手”。

作为人类社会发展的基石,材料是推动技术革命不可或缺的核心要素。当一种新材料走出“实验室”,或进入工业生产,或出现在老百姓身边,往往意味着一次产业升级的进步。然而,传统的材料研发过程工程量大、耗时耗力,难以满足当下产业发展对新材料的需求。

南京大学化学化工学院教授马晶及团队的主要研究方向,就是通过发现分子结构与材料性质的关系,先于材料制备或实验预测材料性质、挖掘应用方向,从而为新材料研发提质提速。

分子世界里托举出科技梦

每个科学家都对世界充满强烈的好奇心,马晶也一样。

“什么样的分子结构会对应哪些性质,通过不同的排列组合得到的材料有哪些不同,这些都是让我觉得很好奇的。”1995年,马晶进入南京大学化学化工学院攻读博士学位。1998年,马晶作为日本学术振兴会(JSPS)特别研究员在岐阜大学开展博士后研究。回国后,她一直在南京大学从事理论与计算化学的科研工作。

随着研究深入推进,年轻时的好奇心已经与科研人“科技报国”的信念融为一体,化作一股全新的力量。马晶说:“我现在的兴趣更加面向国家需求,不断探索新方法、新软件,以及新的研究范式,用全新的人工智能工具提高新材料的研发效率。”

在她看来,新材料技术的发展为能源交通、生物医药、资源环境等众多领域的产业结构优化升级提供不可或缺的物质基础,作为一名女科技工作者,应当把国家战略需求作为心中的行动指南,为科技强国建设贡献一己之力。

让AI赋能新材料研发

马晶长期从事复杂体系分子模拟方法、刺激响应性智能材料理论设计、光电功能材料理性设计及其在光化学反应中的应用等方向的研究工作。多年来,她在化学、物理、材料等交叉学科前沿领域进行了大量探索。

“从做科研的角度来说,我们总觉得下一个工作会更好、更出色。”这种动力一直支持着马晶不断向前。随着新一轮科技革命的浪潮奔涌向前,化学科研范式正在发生一场深刻的变革。人工智能凭借超强的计算和模拟能力改变了传统的研发过程,带来了全新的可能性。

近年来,马晶率领团队在新型功能材料的设计与模拟、理论计算模拟方法等方面取得了原创性和系统性成果。“我们建立了高效的理论计算模拟方法,利用计算机程序描述电场或光照对材料分子性质产生的影响,大大提升了研发效率。”马晶说,国内软件起步晚、发展速度快,迫切需要具有自主知识产权的方法和软件,加速国产化替代的脚步,这也是她与团队努力的方向。

将机器学习应用于化学研究,也很具有挑战性。“现在,我们可以从大量的计算结果中建立机器学习模型,对未知分子的结构和性质进行理论预测和解释,避免了昂贵且重复性高的理论计算。材料制备过程中,我们尝试引入机器人,像无人驾驶一样,实现无人化。”在马晶看来,智能化正在为化学科研工作带来颠覆性改变,AI的“曙光”将极大推动化学研究在更大范围、更深层次上持续创新。在南京大学首届化学前沿交叉论坛上,马晶和女化学家们深入探讨了人工智能在化学领域的应用。

从“实验室”走向“应用场”

如果研究成果“走不出”实验室,其价值就难以实现。正如马晶所言,要真正发挥基础研究优势,理论计算研究最大的期望就是在实际应用中发挥更大的作用。

早在2018年,南京市实施“两落地一融合”工程之际,为加快基础理论研究成果的落地转化,马晶依托南京大学、江苏生命科技创新园等多方力量创设了南欣医药技术研究院。

如今,南欣研究院围绕化学、生命科学、生物医药与临床医学、材料科学、生物资源利用、人工智能与智能制造等研究方向,建立了新产品和科技服务的研发创新与孵化平台,累计孵化引进企业30余家,申请52件专利,授权45件专利。多家孵化企业在这里发光发热:打造计算化学实验平台,建立分子与材料数据库平台,自主研发自动化学合成系统与电化学电源设备、单通道恒电位仪等产品。2024年,南欣研究院成立南京市生物智能设计与合成重点实验室。

“我们联合了南京大学很多老师,共同开发自动合成的仪器,不仅能够完成分子合成,还可以对分子进行表征、将物理化学性质测定出来。”马晶表示,研究院的成果主要集中在AI工具开发、应用以及自动合成机器人。未来,在智能化和实际应用转化上,仍有很多工作要做。

要推进科技创新,除了搭建创新平台,更离不开人才。“我想激发学生的兴趣,希望让更多新生力量投身化学科研。”带着这份责任感,她二十年如一日,一直从事本科生的《结构化学》教学工作,还和同事们一同在研究所的暑假公益课堂上,面向全国学生讲授基础理论与前沿进展,近年来又增设了《人工智能与化学》等课程。教学研究之余,马晶还主编了《口袋里的人工智能:AI化学与生物》。“我很想通过大众科普的形式传播人工智能与化学知识,让更多孩子爱上化学。”马晶说。

漫漫科研路,微观天地间;脚尖一路向前,步伐从未停歇。

未来,马晶及团队将心怀科技自立自强之志向,深耕理论与计算化学及新材料领域,不断向科技的深度和广度进军,助力夯实新材料产业基础。在省、市妇联的指导下,马晶和更多女科技工作者们将发挥专业特长,挺膺担当、砥砺奋进,为实现高水平科技自立自强、建设世界科技强国作出新的更大贡献。

南京日报/紫金山新闻记者 吴若菡

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