在當(dāng)今科技高速發(fā)展的時(shí)代,研發(fā)效率成為決定成敗的關(guān)鍵。日本研究員提出的一種基于圖模型的新方法,為兩大看似迥異的領(lǐng)域——化學(xué)合成新分子與衛(wèi)星定位模塊研發(fā)——注入了前所未有的加速動(dòng)力,展現(xiàn)了人工智能技術(shù)在交叉學(xué)科應(yīng)用中的巨大潛力。
在化學(xué)合成領(lǐng)域,發(fā)現(xiàn)和制造具有特定功能的新分子(如新藥候選化合物)傳統(tǒng)上依賴于大量試錯(cuò)實(shí)驗(yàn),過程耗時(shí)且成本高昂。日本研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將分子結(jié)構(gòu)視為“圖”,其中原子作為節(jié)點(diǎn),化學(xué)鍵作為邊。他們開發(fā)的新型圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,能夠深度理解分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜拓?fù)潢P(guān)系與化學(xué)性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。該模型不僅可以高效預(yù)測未知分子的生物活性、毒性和合成可行性,更能逆向設(shè)計(jì)出滿足特定目標(biāo)屬性(如高療效、低副作用)的全新分子結(jié)構(gòu)。通過在海量化學(xué)數(shù)據(jù)上的訓(xùn)練,模型能夠提出最優(yōu)或近似最優(yōu)的合成路徑,極大減少了實(shí)驗(yàn)探索的盲目性,使得從“分子設(shè)計(jì)”到“成功合成”的周期大幅縮短,真正實(shí)現(xiàn)了讓新藥研發(fā)“更快一步”。
與此這項(xiàng)先進(jìn)的圖模型技術(shù)也正被應(yīng)用于衛(wèi)星定位模塊的研發(fā)之中。現(xiàn)代高精度定位模塊依賴于復(fù)雜的天線陣列設(shè)計(jì)、信號(hào)處理算法和多源數(shù)據(jù)(如衛(wèi)星信號(hào)、慣性測量單元數(shù)據(jù)、地圖信息)的融合。研發(fā)過程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一,是如何優(yōu)化模塊內(nèi)部組件的布局、信號(hào)流圖以及算法參數(shù),以實(shí)現(xiàn)最佳的抗干擾性、定位精度和功耗表現(xiàn)。研究人員將整個(gè)定位系統(tǒng)抽象為一個(gè)動(dòng)態(tài)的、多層的圖模型:硬件組件、數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)、狀態(tài)變量作為節(jié)點(diǎn),它們之間的物理連接、數(shù)據(jù)依賴和邏輯關(guān)系作為邊。
利用圖模型強(qiáng)大的表示和學(xué)習(xí)能力,研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以:
- 系統(tǒng)建模與仿真:快速構(gòu)建和模擬不同設(shè)計(jì)方案的性能,預(yù)測信號(hào)衰減、多徑效應(yīng)的影響。
- 算法優(yōu)化:將定位算法(如濾波、融合算法)表示為計(jì)算圖,自動(dòng)尋找更高效、更穩(wěn)健的計(jì)算路徑和參數(shù)組合。
- 故障診斷與容錯(cuò)設(shè)計(jì):通過分析異常數(shù)據(jù)在圖模型中的傳播路徑,快速定位潛在故障點(diǎn),并設(shè)計(jì)具有冗余連接的魯棒性架構(gòu)。
這種方法顯著加速了從原型設(shè)計(jì)、性能測試到最終優(yōu)化的迭代過程,有助于開發(fā)出更小巧、更精準(zhǔn)、更可靠的下一代衛(wèi)星定位模塊,服務(wù)于自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等前沿領(lǐng)域。
日本研究員提出的圖模型新方法,其核心優(yōu)勢在于其強(qiáng)大的抽象能力和對復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)在關(guān)系的挖掘能力。無論是微觀的分子世界,還是宏觀的電子系統(tǒng),都可以被有效地編碼為圖結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理和學(xué)習(xí)。這打破了傳統(tǒng)學(xué)科壁壘,為研發(fā)提供了一種通用的“加速引擎”。
隨著圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步,這種基于模型和數(shù)據(jù)的智能研發(fā)范式,有望在更多科學(xué)與工程領(lǐng)域普及,從根本上改變我們發(fā)明、創(chuàng)造和解決問題的速度與方式,持續(xù)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新以更快的步伐向前邁進(jìn)。