从“阿尔法折叠”，看人工智能发展新阶段

    人工智能不仅仅在改变人们的生活方式，也在改变科学家做研究的方式。
    近日，北京大学人民医院在其官网宣布，该院研究团队利用人工智能方法协助确定中国及美国初步诊断糖尿病人群的糖尿病分型，为糖尿病的精准治疗提供了理论依据。
    人工智能学会下围棋、冲咖啡、打乒乓球就已赚足人气，干嘛要做协助确定糖尿病分型这种深奥的事情呢？因为，科学家需要它们。
    正在成为得力助手
    2018年12月第一期《科学》杂志封面，向人们介绍了一位“数字神童”——史上最强棋圣“阿尔法零”。作为两年前惊艳亮相的人工智能“阿尔法围棋”进化版，“阿尔法零”不但征服了围棋，而且仅分别“自学”2小时和4小时后，就击败最强的日本将棋和国际象棋人工智能程序。
    “阿尔法零”的飞速成长，代表了2018年人工智能的进步。在移动互联网、大数据、超级计算和脑科学等新理论新技术的驱动下，问世60余年、遭遇多次质疑的人工智能迎来新一轮发展热潮，真正进入了落地实践阶段：各国新政密集出台、科技巨头纷纷布局、最新进展日新月异……一个“新智能时代”正在到来。
    “阿尔法”系列人工智能不仅在棋牌领域打遍人类无敌手，最新的“阿尔法折叠”还能有效预测蛋白质的三维结构，并在12月初的一个国际竞赛中击败众多对手夺冠。研制“阿尔法”系列程序的英国“深层思维”公司发表声明说，这“证明人工智能可驱动和加速科学新发现”。
    从科研成果看，人工智能正在众多领域“开疆辟土”，医疗健康领域首当其冲。过去一年，从确定药物分子结构到提高药物开发效率，从早期癌症诊断到预测肿瘤发展，都可以看到人工智能在发挥作用。比如，美国加州大学洛杉矶分校的一项人工智能成果，能比医生诊断提早6年预测出阿尔茨海默病；美国斯坦福大学的物理学家开发出一种人工智能程序，只用几个小时就“重新发现”了元素周期表；科学家已经开始利用人工智能研究地震、海啸的预防。
    在应用上，美国医疗管理机构已批准了首个人工智能医疗器械，用于筛查糖尿病性视网膜病变；阿里云正利用人工智能帮助马来西亚首都吉隆坡“治堵”；日本警方将对预防犯罪的人工智能系统进行测试；人工智能还成为体育界智囊，帮助运动员磨炼技能，提高比赛成绩……
    总体看，超强的计算能力、与日俱增的海量数据以及不断涌现的优秀算法三者结合，驱动人工智能加速发展，逐渐“脱虚向实”。知名咨询公司普华永道发布的报告显示，到2030年，人工智能将给全球国内生产总值带来14％的增长，相当于15．7万亿美元。
    努力拥抱人工智能
    其他领域的科研人员也在努力拥抱人工智能。南京大学现代工程与应用科学学院教授李涛正尝试将深度学习算法应用在超构光子技术领域。
    在过去的几百年甚至上千年的时间中，人们对光学的理解大都停留在宏观层面，而随着现代技术的发展，特别是21世纪以来微纳加工技术的进步，科学家们开始关注微纳尺度之下光的激发和传播性质。因为在该尺度下，材料结构尺寸已接近甚至小于光的波长，利用这些结构可以实现自然材料所不具有的新颖光学效应和功能，这吸引了众多科学家的研究兴趣。而李涛研究的核心内容也是从这一方向展开的。
    李涛与微纳光学研究领域的结缘是一个在不断尝试中发现自我的过程。在研究过程中李涛关注到了纳米尺度下一些新颖的光学现象，比如制备纳米线所用的多孔氧化铝模板的荧光效应，在填充介质后光谱的变化等。在强烈好奇心的驱使下，李涛在博士论文的收尾阶段就独自开始了纳米光子学方向的探索。经过一段时间调研后，李涛被负折射率材料的研究所吸引。负折射率材料是违反自然界材料的一种新颖的人工结构材料，它的核心原理可以通过构建一种人工磁性的负磁响应来实现。
    李涛组建了一套用于观察研究表面等离激元在金属表面传播性质的实验装置，并发展创新了表面波调控方法，在2011年前后取得了一系列重要研究成果。其中，李涛研究组实现的表面等离激元艾里波束，受到了国内外科研界的广泛关注。紧随其后，李涛研究组又做出了等离激元聚焦、波分复用、准直波束、空间艾里光束等研究。近年来，他们还以此发展出近场全息技术，得到了领域内的广泛关注。
    近十年来，李涛领导的科研小组一直专注于表面等离激元光学、人工超构材料的研究，取得了一系列优秀的科研成果，多篇论文发表在《自然—通讯》《物理评论快报》《纳米快报》等国际重要刊物上。
    表面等离激元（SPP）是一种存在金属与介质界面的电磁模式，具有亚波长传播和局域场增强的特性，因而受到人们的青睐，是微纳尺度下进行光子操纵和集成的优良载体，在高灵敏生物检测、传感和新型光源等领域获得了广泛重视。因而，对其基本物理性质的研究具有重要的意义。
    2017年，李涛研究组在等离激元波空间辐射全息成像方面又获得新进展。成功通过传播的表面等离激元与空间的全息目标光场干涉，获得可实现多个成像目标复用的全息图，并可通过不同传播方向的等离激元波激发将其读出重构出来。该方法突破了传统偏振复用全息仅有的两个正交态的限制，获得了四重无串扰的全息图样。虽然这一工作以全息成像作为演示结果，但其更重要的意义在于将表面等离激元面内传播与空间多维光场调控结合了起来，实现了倏逝波的信息与空间光场信息进行有效转换。这一全新的光场调控思路将为微纳尺度下的光子技术开拓了新的方案和研究平台。
    人工智能和大数据，是有机结合体？
    不过，目前来看，像“阿尔法折叠”这样针对特定科研领域的人工智能应用凤毛麟角。普通科学家要想得心应手地用上人工智能这个工具，还是有一定门槛。
    如今，我们每个人都在谈论“人工智能＋大数据”，新一代人工智能技术引领下的智能制造系统，是‘互联网＋大数据＋人工智能＋’时代的一种智能制造新模式、新手段和新业态。
    “互联网＋大数据＋人工智能＋”时代需要创新、绿色、开放、共享、个性。这个时代的核心技术，主要包括7类新技术深度融合的综合性技术，特别是新的互联网、传统的互联网、车联网等等。其中新互联网技术（传统的互联网、物联网、车联网、移动互联网、卫星网、天地一体化网、未来互联网等），新信息通信技术（如云计算、大数据、5G、高性能计算、建模／仿真、量子计算等技术）与新人工智能技术（基于大数据智能、群体智能、人机混合智能、跨媒体推理、自主智能等技术）的飞速发展，正引发国民经济、国计民生和国家安全等领域新模式、新手段和新生态系统的重大变革。
    人工智能技术应用新阶段
    20世纪90年代至今，重大变革的信息新环境、技术和人类社会发展的新目标正催生人工智能技术与应用进入一个新的进化阶段：
    第一，要围绕制造强国重大需求，协调推进基于新一代人工智能技术的智能制造的技术、产业和应用发展。
    从总体上讲，我国制造业正面临加快推进“五个转型”的严峻挑战。我国智能制造的技术、产业和应用等方面还处于起步阶段。所以，需要贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，以创新发展为主题，以促进制造业提高质量增加效益为中心，以加快新一代人工智能技术与制造业深度融合为主线，协调发展自主的智能制造技术、产业和应用，通过30年／3个阶段的努力奋斗，实现从制造大国发展为制造先进强国的宏伟战略目标。
    第二，要基于新一代人工智能技术，推进智能制造技术的集成应用及其制造模式。
    要部署实施一批跨企业（行业／区域）、企业级、车间级和制造单元级等不同层次智能制造系统的构建与应用示范，推进基于新一代人工智能技术的智能制造关键技术装备、核心支撑软件、工业互联网等系统集成应用，推广流程智能制造、离散智能制造、网络化协同制造、远程诊断与运维服务等新型制造模式。
    第三，要基于新一代人工智能技术，推进制造全生命周期活动的智能化。
    要围绕离散制造全生命周期活动的智能化发展需求，部署实施基于工业互联网群体智能的个性化创新设计、协同研发群智空间、智能云生产、智能协同保障与供应营销服务链等应用示范；围绕流程制造全过程、全流程活动的智能化发展需求，部署实施基于新一代人工智能技术的流程工业智能感知、智能建模、智能控制、智能优化与智能运维等应用示范；围绕我国创新驱动发展战略和提升我国制造业自主设计创新能力的重大需求，部署实施服务于从概念创意到研发、生产、试验、服务等全产业链的大数据智能创新设计和群智众创设计等典型示范。
    第四，要加快建立和发展基于新一代人工智能技术的我国自主智能制造技术、标准、使能产品和系统运营等产业。