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创造世界的“材料”-走在前沿 #06
AI（人工智能）是万能的吗？
创造世界的“材料”-走在前沿 #06
AI（人工智能）是万能的吗？
＜出处说明＞
本报道是由NewsPicks Brand Design与东丽公司共同企划制作，并于2020年7⽉31日在NewsPicks上刊登的合作内容。
（日语版制作：NewsPicks Brand Design／中文翻译：东丽）
https://newspicks.com/news/5329051
AI会创造创新材料吗？
聚焦“材料科学”的最前沿，创造下⼀个50年
新材料开发将支撑未来的医疗、环境和生活。在这方面，人们尝试导入各种各样的技术。为了探索这种可能性，2019年东丽在滋贺县设立了“未来创造研究中心”，通过材料信息学、AI、开放创新实现创新型材料的开发。
迄今为止，东丽通过材料的力量丰富了我们的生活，那面向未来东丽⼜想创造出什么样的新材料呢？对此，我们采访了在未来创造研究中心进行研究和技术开发的负责人，探访了将创造50年后未来世界的新材料开发地。
什么是材料信息学？
1926年，聚焦于化学纤维时代的到来，东丽的前身――东洋人造丝公司诞生了。创业之地选在了滋贺县大津市。
现在，该地作为东丽滋贺事业中心，汇集了“电子信息材料研究所”“先端材料研究所”等5个研究所。2019年，⼀个新的研究基地⼀“未来创造研究中心”在此正式竣工。
在这里诞生了东丽开发⾄今的碳纤维复合材料、反渗透膜、极细纤维等创新材料。除外，还着眼于50年后、100年后进⼀步追求材料研究的极限，推进聚合物材料（塑料、橡胶等高分子材料）的高性能化。
在这个领域作为创新手法备受关注的正是高效利用AI，通过预测物性去推进材料开发的“材料信息学”。
负责未来创造研究中心核心的先端材料研究所所长真壁芳树先生告诉我们：“今后材料的研究和技术开发，会因材料信息学发生巨大的改变。”
“如果能很好地活用AI的话，材料的预测设计将会更精进，也会促进研究的效率。
以往的做法是，在设定目标、开发素材、反复试制、公司内部评价、顾客评价，合格后，才确立批量生产体制。
将目标设定到量产过程中反复操作的工序，通过数字化技术实施高效化。 这是使用材料信息学的首要目的”（真壁）
真壁芳树
（东丽 未来创造研究中心 理事 先端材料研究所所长/工学博⼠）
大阪大学研究生院基础工学研究科博⼠后期课程结业（有机合成化学）。
1989年进入东丽，被分配到高分子研究所树脂研究室，从事工程塑料的研究。2012年任东丽先端材料研究开发（中国）有限公司董事长兼总经理，2014年任研发企划部长等职，2018年任先端材料研究所长。推进创新分离、尖端医疗、新能源、计算机科学领域的尖端材料研究
使用材料信息学的材料数字化设计周期
实际试验
发送实际测量的数据。选择有希望的材料候补
材料信息学
模拟 机器人 VR（虚拟现实）
模式改良 虚拟试制 高速试制和评价
提高试制开发的效率！
“但是，使用AI模拟诸如塑料等的聚合物材料的变化，比想象得要困难很多。”
因为聚合物材料进行成型加工，要混合各种添加剂，所以每次性质都会发生变化。专门从事东丽高分子计算科学的茂本勇先生和⼭本海先生如是说。
“首先，可以用y＝f（x）这个方程式来表示材料信息学中的物性预测。
公式的含义是，如果对理论“f”赋予数值“x”，就可预测出物性“y”。
但是，“x”到底是物质的化学构造，还是成型加工的方法，还是二者皆有，找到合适的x非常难”（茂本）
茂本勇
（东丽 未来创造研究中心 先端材料研究所 研究主⼲/博⼠（理学））
1997年进入东丽公司。之后⼀直从事利用量子化学计算、分子模拟和材料信息学进行的高分子计算科学工作，同时还任超级计算机产业应用研讨会和计算物质科学研讨会委员，致力于产官学的合作。自2019年起领导研究开发企划部、研究开发领域的整体数字化创新。
“如果要把ʻxʼ换成别的词，也许可以说是机械学中的ʻ特征量ʼ。也就是说，将东丽在研究材料的过程中的各项变化进行量化表示。
但是，这种积累是巨大且复杂的，实际上明确特征量的难度非常大”（⼭本）
比如像塑料那样的聚合物材料，由化学方程式表达的微观结构和加工等工序相融合来决定其物性。特别是在锁定与工序相关值上花费了很大的精力，所以定义材料的特征本⾝就很困难。
材料信息学的方程式
y:物质特性
f:理论
x:化学结构⼯序等特征量(很难决定应当去赋予X什么……)
课题不止如此。例如，就算想使用过去庞大的研究数据，为了可以阅读，必须将报告和论文转换成机器能使用的数据。
并且在材料的研究领域，IT企业开始着手使用AI进行分子材料的设计。竞争对手已经不仅仅是材料制造商了，还有拥有庞大数据的IT企业。
在这种情况下，从事计算科学领域20多年的茂本先生说：“只有东丽才能拥有ʻxʼ。也就是说，拥有事物特征量的知识是东丽的优势。”。
⼭本海
（东丽 未来创造研究中心 先端材料研究所 研究员/Ph.D.）
2014年，在伊利诺大学取得学位后，从事过加利福尼亚工科大学博⼠研究员，2017年进入东丽。在先端材料研究所负责高分子计算科学。他作为材料信息学的传教⼠，在扩增实验研究人员的同时，在各种材料领域追求信息学的可能性
“即使是数据也分各种各样，但是东丽不仅有理论计算的模拟数据，还有只有通过独有的实验设备和生产设备才能得到的物理实验数据。
获得第一手数据需要时间和精力。这才是东丽“x”的精髓。反过来说，其他的可以借助公共数据。
认清自己竞争力的源泉，集中资源。如此持之以恒，在材料信息学领域，东丽⼀定能创造出绝无仅有的价值”（茂本）
充满想象力的研究者才是起点
过去，研究人员即使有了新的想法，也会常常犹豫是否要做这个实验。因为实现过程中的时间和劳力、失败的风险等都会成为前进的阻碍。
但是，如果活用上述的材料信息学，马上就能知道结果的话，尝试实验的难度就会大幅度下降。
“如果能从某个材料中导出物质显现的原理，在制作新材料的时候，就可以使用这个原理来预测性质。
通过反复实验，提高实验效率，缩短研究开发时间，这是我们首要的期待。
但是，无论提高了多少效率，如果没有想象力的话，也无法迈出第⼀步。
正因为如此，通过使用AI增加研究人员想象的时间，这正是材料信息学需要我们做到的”（茂本）
“现在正在推进公司内各个部门的团队合作。
通过对工序的高效化，届时研究人员就能将时间分配在思考上。拓宽思路也是材料信息学应发挥的作用。”（⼭本）
东丽的CTO阿部晃⼀也对AI和研究者今后的关系做了如下说明。
“我认为应该彻底利用高效机械化进行诸如筛选等工作，但我也认为人为的研究是不会消失的，而且是不可或缺的。
因为最初的想法是很难用道理说明的ʻ不连贯ʼ的东西”（阿部）
AI不是在剥夺研究人员的工作，而是能帮助研究人员去从事更多深入本质工作的工具。如果能充分运用AI的话，甚⾄有可能会成就缔造前所未有的大发明的天才研究人员。
“这样⼀来，我认为不局限于成功数据，ʻ失败数据ʼ的积累也会产生价值。
正如大家日常使用的便利贴恰恰是从做坏了的粘合剂中产生的⼀样，从累积的失败数据中，也许就能找到5年后或10年后使后辈们制作有趣东西的基础”（茂本）
总而⾔之，由材料信息学和因其所制造的所有数据将作为创造未来的基底，支援东丽的下⼀代研究。
先端材料研究所真壁所长也和阿部CTO⼀样，认为通过这样的技术和数据，研究人员的工作会回归到更本质的“创造”上。
“对于今后的研究人员来说，能够自由地使用AI等技术也是必要的技能。但光会用这个工具也创造不出新材料。
起点还是源自研究者的想象力和创造力。只有这样，0才可以变成1。因为在什么都没有的时候，不可能突然诞生100”（真壁⽒）
专栏 COLUMN
东丽的创新基地
未来创造研究中心是什么？
东丽认为，未来的可持续社会所需要的解决方案，除了诸如材料信息学的计算机科学外，还需要社会科学、人文科学等“不同领域的视⾓”。
未来创造研究中心被寄予厚望，希望能成为汇聚“不同领域视⾓”的原点。
该中心由萌生创意的融合研究楼和基于创意进行试制和评价的实证研究楼2栋构成，特点是积极配置了推进产官学的开放创新的实验室和交流区域。
二楼办公区
楼图书交流区“下⼀代东丽的核心材料将从这里诞生。这是ʻ未来创造研究中心ʼ的使命。
为此，开放创新不可或缺。公司内部固有技术的合作自不必说，走出公司也很重要。
如茂本和⼭本的高分子计算科学团队积极地走到公司外，参与了超级计算机- ʻʻ京ʼ和ʻ富岳ʼ等项目”（真壁）
现在像获得诺贝尔奖那样的创新型研究大多来自研究者和分析者的共事。而在过去，由天才研究者⼀个人去想出点子并向社会输送创新型技术是很难的。
正如茂本先生所说的那样，“今后的材料研究需要ʻ制造ʼ、ʻ分析ʼ和ʻ计算科学ʼ三位⼀体”，通过团队合作，才能提高具有竞争力的研究。以此为前提，对于创造创新材料的各个研究者而⾔需要什么样的素养呢？
“未来创造研究中心的优秀研究者⼀定会进行先锋派研究，自由研究感兴趣的领域。
因为，对于我们研究人员来说，将还不知道是什么的东西进行“主题化”也是很重要的工作。
正因为如此，不仅仅依靠个人想象力设定课题，也需要集结团队⼀起实现的创造力，二者都不可缺。如果不这样做的话，就变成了单纯的独善的研究，而无法将其主题化”（真壁）
例如，不单单是想制造会飞的汽车，还要想到如果制造出来后社会也会因此发生怎样的变化，会带来什么。为此需要什么材料。
对于未来创造研究中心的研究员来说，需要这样深入思考。研究不是去等待被时代追赶，而是需要引领时代。
“比起我们这⼀代人，年轻的研究者已经在认真地思考自己生活的将来。或者我更应当说，他们必须去思考。
不过我真的很期待，未来创造研究中心的研究人员，能为未来的世界设定合适的课题，创造出创新材料”（真壁）
＜制作团队＞
制作：NewsPicks Brand Design
编辑：海达亮弥
执笔：浅原聪
图⽚：茂⽥⽻生
设计：SUNADA YUKA