113 年中國材料學會年會致詞: 材料科技與 AI
材料科技與 AI 息息相關
頒發中技社學術獎
其樂融融
很高興又來參加材料學會年會，我可能是在場會員中最資深會員，並曾 在1995-1999 年間擔任理事長，在1991-2003 年間，擔任「材料化學與物理」國際期刊主編，緣分非淺。同時今天也非常高興看到材料學會與中興大學材料系欣欣向榮。
等一下我會代表「中技社」頒發「中技社學術獎」給今年材料學會最高榮譽陸志鴻獎得主薛承輝教授；「中技社」是台灣頂尖的科技智庫，本人有緣自 2018年起協助推動 AI 相關議題的研討工作，每年舉辦一次大型研討會，多次座談會，並舉辦「國中教師研習營」以及自 2019年起，每年辦理 AI 創意競賽，對 AI 自然多了 一分關注。
很巧的是，我也是從 2018年每半年為《工業材料》雜誌 ⟨煮字集⟩ 專欄撰稿一篇，回看近兩年的文章，都與 AI有關。譬如說在去年五月題目為「ChatGPT 談 AI 與材料科技」，去年十一月題目為「伊隆馬斯克和材料科技創新」，今年五月以「AI 推進的新材料開發黃金時代」，十一月則以「科幻 與 AI」為題。
新型聊天機器人 ChatGPT 是於 2022年十一月底問世，由於強大好用，很快席捲全球。我是它早期付費愛用者之一，基於好奇，與它談 AI 與材料科技，提問「材料科技對AI發展之貢獻」、 「AI 於材料科技之應用」，回應雖不見得完整，但相當中肯，是一個探索相關議題的很有用的起點，可視為學習與研發的強大輔助工具。要特別一提的是，ChatGPT 回應的品質與提問的方式有密切的關係，問題如果具體、清晰、主題明確、簡潔、舉例以及闡明目的，效果較佳。
伊隆馬斯克 (Elon Musk) 是 2022年富比士全球富豪排行榜之首富，身價超過兩千億美元，財富來源主要是特斯拉 (Tesla) 與 SpaceX 兩家公司股票市值；而馬斯克在這兩家公司發展上都做了不少材料創新，尤其他的父親就是材料工程師，而馬斯克大學讀物理，研究所在美國史丹福大學讀材料科學，雖然很快輟學，但一直對材料創新不遺餘力。
馬斯克的公司高度依賴 AI，如果沒有 AI，他的許多企業將無法實現。他的電動車公司 Tesla 使用AI 為其先進的駕駛輔助系統提供動力，旨在實現完全自動駕駛 (FSD) 功能。馬斯克的另一家企業 SpaceX 在優化火箭發射、衛星部署和太空船設計方面也受益於 AI。
SpaceX 公司打造 Starship 此類可重複使用的載人火箭，主要材質就是開發出新的不鏽鋼合金，因為不鏽鋼可以耐高溫，能承受進出地球大氣層時因高速氣流摩擦而產生的高熱，至於一般飛機慣用的鋁合金材質不耐高溫，而用同樣耐高溫而較輕的鈦合金，則受限於價格太昂貴。SpaceX能與美國以及歐盟太空總署競爭並且勝出，成本效益是一個重要因素。
另一方面，在汽車製造部份，馬斯克堅持 Tesla的 Cybertruck 車體也用新款不鏽鋼，就不以成本考量為重點，而著眼於太空科技的連結；由於不鏽鋼的價格與特性，傳統車廠失敗的前例很多，但馬斯克要求團隊嘗試更前衛的設計，並強調，他要的是一個真正夠酷的產品，而不在乎眼前的營利。
各種現代科技的發展都依賴無機晶體。在實用上，晶體必須穩定，但要開發一個新的、穩定的晶體，通常都要經過幾個月以上的艱苦實驗。谷歌 (Google) 旗下人工智慧公司 DeepMind 於去年 11月29 日在頂尖期刊《自然》雜誌上發表一篇論文，宣稱利用AI 工具材料探索的圖形網路 (Graph Networks for Materials Exploration ，GNoME ) 發現了 220 萬種潛在新晶體，其中包括 38 萬種有潛力驅動未來技術的穩定材料。而當時已知結構的無機晶體也僅有 291,382 種。GNoME 至今已展現了利用 AI 大規模開發新材料的潛力。目前在世界各地實驗室進行的獨立實驗已因此創建了 736 個此類新結構。
在同期《自然》雜誌上，與 Google 團隊合作的美國勞倫斯柏克萊國家實驗室 (Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL) 的研究團隊發表的論文中，報導 LBNL 無機粉末固態合成的自主實驗室 (Autonomous Laboratory ，A-Lab)，使用計算、文獻中的歷史數據、機器學習 (ML) 和主動學習來規劃和解釋使用機器人進行的實驗的結果。透過梳理文獻中已發布的多種合成程序，A-Lab 可以評估每個目標與現有材料的相似性，提出試造新材料所需的成分和反應溫度。機械臂自動從原料架上選擇成分，在加熱爐中進行合成，利用鑑定工具分析產品。經過17 天的連續運行，A-Lab 從選出的預期穩定的58 個目標中製作出41 種新型化合物，其中包括各種氧化物和磷酸鹽。
這兩項發展，無疑的是讓新材料開發達到了一個新境界，讓人對 AI 推進的材料科技發展黃金時代充滿期待。
另一方面，也有人指出分析不夠嚴謹，對是否真的發現新材料提出質疑，更多人認為在現階段，把 AI 視為分析數據的另一種方法，賦能而非替代人類，它才是最有用的。同時完善的自動合成實驗室目前非常昂貴，因此需要開發成本較低的選擇，同時仍保持其可靠性和可重複性，未來才可能成為主流工具。
最後是「科幻與 AI」，ChatGPT 的問世，讓人深深感到目前我們已經生活在AI 助成的科幻時代。由於科技進步加速，科幻成真的時程大幅壓縮，以資訊產品來說，網際網路、搜尋引擎、智慧手機等都是在出現之前不久仍只存在科幻想像中； AI 的發展，讓電腦在西洋棋，甚至圍棋比賽中，打遍天下無敵手，文字翻譯、語音、影像辨識大大超越人類，機器人能跑、能跳、從事掃地、鋤草、烹飪等家事，思之都相當科幻；不到兩年前出世的生成式 AI ChatGPT 各項里程碑，讓人目不暇給，每個進程都可以說是發布以前的科幻，也就是科幻賦予 AI 想像，AI 讓科幻成真。
SpaceX 公司打造 Starship 此類可重複使用的載人火箭，主要材質就是開發出新的不鏽鋼合金，因為不鏽鋼可以耐高溫，能承受進出地球大氣層時因高速氣流摩擦而產生的高熱，至於一般飛機慣用的鋁合金材質不耐高溫，而用同樣耐高溫而較輕的鈦合金，則受限於價格太昂貴。SpaceX能與美國以及歐盟太空總署競爭並且勝出，成本效益是一個重要因素。
另一方面，在汽車製造部份，馬斯克堅持 Tesla的 Cybertruck 車體也用新款不鏽鋼，就不以成本考量為重點，而著眼於太空科技的連結；由於不鏽鋼的價格與特性，傳統車廠失敗的前例很多，但馬斯克要求團隊嘗試更前衛的設計，並強調，他要的是一個真正夠酷的產品，而不在乎眼前的營利。
各種現代科技的發展都依賴無機晶體。在實用上，晶體必須穩定，但要開發一個新的、穩定的晶體，通常都要經過幾個月以上的艱苦實驗。谷歌 (Google) 旗下人工智慧公司 DeepMind 於去年 11月29 日在頂尖期刊《自然》雜誌上發表一篇論文，宣稱利用AI 工具材料探索的圖形網路 (Graph Networks for Materials Exploration ，GNoME ) 發現了 220 萬種潛在新晶體，其中包括 38 萬種有潛力驅動未來技術的穩定材料。而當時已知結構的無機晶體也僅有 291,382 種。GNoME 至今已展現了利用 AI 大規模開發新材料的潛力。目前在世界各地實驗室進行的獨立實驗已因此創建了 736 個此類新結構。
在同期《自然》雜誌上，與 Google 團隊合作的美國勞倫斯柏克萊國家實驗室 (Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL) 的研究團隊發表的論文中，報導 LBNL 無機粉末固態合成的自主實驗室 (Autonomous Laboratory ，A-Lab)，使用計算、文獻中的歷史數據、機器學習 (ML) 和主動學習來規劃和解釋使用機器人進行的實驗的結果。透過梳理文獻中已發布的多種合成程序，A-Lab 可以評估每個目標與現有材料的相似性，提出試造新材料所需的成分和反應溫度。機械臂自動從原料架上選擇成分，在加熱爐中進行合成，利用鑑定工具分析產品。經過17 天的連續運行，A-Lab 從選出的預期穩定的58 個目標中製作出41 種新型化合物，其中包括各種氧化物和磷酸鹽。
這兩項發展，無疑的是讓新材料開發達到了一個新境界，讓人對 AI 推進的材料科技發展黃金時代充滿期待。
另一方面，也有人指出分析不夠嚴謹，對是否真的發現新材料提出質疑，更多人認為在現階段，把 AI 視為分析數據的另一種方法，賦能而非替代人類，它才是最有用的。同時完善的自動合成實驗室目前非常昂貴，因此需要開發成本較低的選擇，同時仍保持其可靠性和可重複性，未來才可能成為主流工具。
最後是「科幻與 AI」，ChatGPT 的問世，讓人深深感到目前我們已經生活在AI 助成的科幻時代。由於科技進步加速，科幻成真的時程大幅壓縮，以資訊產品來說，網際網路、搜尋引擎、智慧手機等都是在出現之前不久仍只存在科幻想像中； AI 的發展，讓電腦在西洋棋，甚至圍棋比賽中，打遍天下無敵手，文字翻譯、語音、影像辨識大大超越人類，機器人能跑、能跳、從事掃地、鋤草、烹飪等家事，思之都相當科幻；不到兩年前出世的生成式 AI ChatGPT 各項里程碑，讓人目不暇給，每個進程都可以說是發布以前的科幻，也就是科幻賦予 AI 想像，AI 讓科幻成真。
因此科幻與 AI是一共生進化的關係，科幻小說為 AI 革命奠定了基礎，預測了能夠思考、學習和決策的機器的前景和危險。從最早的機械思維到今天複雜的演算法，科幻小說塑造了技術願望，而 AI 的進步激發了新的故事，在創新和想像的無限循環中相互推動。
在AI 時代，材料科技與 AI 息息相關，互為依托，應受到正視，以利用厚生。
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