在科学研究和工程领域，人工智能（AI）的出现标志着一个新时代，极大地改变了创新和发现的轨迹。最近各个领域的突破凸显了人工智能在推进科学和工程方面发挥的关键作用，让人们瞥见了人工智能的整合不仅有益而且至关重要的未来。

用人工智能开创聚变能源

在核聚变能源研究领域可以看到人工智能潜力的显著例证。来自美国普林斯顿大学和普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的工程师、物理学家和数据科学家合作，利用人工智能来预测聚变反应堆的等离子体不稳定状态，并且避免这种状态的发生。这一进步对核聚变能源至关重要，而核聚变能源有望提供无污染、几乎无限的电力来源。

核聚变反应由限制在托卡马克磁场内的过热等离子体提供动力，而等离子体面临着保持稳定性的挑战。该团队的人工智能模型根据过去的实验数据进行了训练，可以提前300毫秒预测潜在的等离子体不稳定性，特别是撕裂模式不稳定性（tearing mode instabilities）。可以根据这种预测实时调整反应堆操作参数，防止可能终止聚变反应的不稳定性。

这一发展的影响是深远的。它代表了向更动态地控制聚变反应的飞跃，当前应对不稳定问题的方法是阻止不稳定发生，而新的预测方法是提前应对不稳定的发生，完全是全新的解决方案。普林斯顿团队在美国圣地亚哥的DIII-D国家聚变设施部署人工智能技术，并取得了实时控制方面的成功，凸显了人工智能将在实现可持续聚变能源方面起到巨大作用。

用人工智能彻底改变材料科学

而英国利物浦大学的研究人员最近的研究表明，人工智能的变革力量延伸到材料科学。他们发现了一种能够快速导电锂离子的固体材料，这一突破对为电动汽车和众多电子设备提供动力的锂离子电池具有重大影响。这种新型材料由无毒、来源丰富的元素组成，可以取代当前技术中的液体电解质，提高安全性和能源能力。

该团队通过结合人工智能、基于物理学计算和化学专业知识的协同方法，完成了这项研究。跨学科团队合成了材料，确定了其结构，并在电池中展示了其功效。这种材料与众不同的不仅仅是其高锂离子导电性，还有它重塑我们对固态电解质的理解，并为进一步研发铺平道路。

这一成就凸显了人工智能协助复杂材料研究的能力。通过利用人工智能与人类专业知识相结合，研究人员能够探索更广泛的化学空间，从而识别具有新组合物和结构的材料。利物浦大学的工作体现了人工智能驱动的研究如何超越传统界限，开发至关重要的高性能材料提供了新的途径。

人工智能：研发的新范式

聚变能源和材料科学研究的案例象征着更广泛的趋势：人工智能正在成为科学研究和工程开发中不可或缺的工具。它处理大量数据、预测结果和优化流程的能力正在彻底改变我们处理复杂问题的方式。在核聚变能源中，人工智能的预测能力使我们更接近稳定、可持续的发电。在材料科学中，人工智能的分析能力使发现突破性材料成为可能，将重新定义能量存储和转换的突破性材料。

人工智能在科学和工程中的作用是多方面的。除了预测和解决具体问题外，人工智能模型还提供了对复杂系统基本机制的见解，促进了现象背后的机理有更深入理解。这种双重功能既是发现的工具，也是洞察力的来源，凸显了人工智能的变革潜力。

此外，人工智能驱动研究的协作性质，从人工智能与两个不同研究的领域专业知识的整合中可以看出，这表明了科学调查的新范式。这种协作方法最大限度地发挥了人工智能和人类智能的优势，将实现仅靠传统方法可能无法实现的创新。

展望未来

当我们处于科学研究和工程开发新时代的边缘时，很明显，人工智能将发挥越来越重要的作用。聚变能源和材料科学的例子只是一个开始。人工智能的应用跨越了从环境科学到生物技术的跨学科，每个突破都为未来铺平了道路，在这个未来中，人工智能和人类的聪明才智共同应对世界上一些最紧迫的挑战。