投資新材料一個(gè)*的問題，在于品類的紛繁復(fù)雜——從高分子材料、金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料到復(fù)合材料，每種材料之間的跨度極大，再加上材料科學(xué)的產(chǎn)業(yè)化路徑往往十分漫長(zhǎng)，一家公司從成立到最終上市需要經(jīng)歷十?dāng)?shù)年，因此此前鮮有早期投資人關(guān)注。

　　但另一方面，材料科學(xué)也是一個(gè)國(guó)家從低端制造走向高端制造關(guān)鍵一環(huán)，無(wú)論是對(duì)于新能源還是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，材料都是最基礎(chǔ)最重要的底層要素，是我們?cè)诖髧?guó)崛起過程里繞不開的必由之路。

　　本月的險(xiǎn)峰主題沙龍，我們聯(lián)合36氪、甲子光年、SynBio深波進(jìn)行了一場(chǎng)名為《新材料：從制造到創(chuàng)造》的直播連線：

　　我們請(qǐng)到了：

　　同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、生物基材料專家任杰老師

　　清華大學(xué)材料學(xué)院教授、陶瓷材料專家伍暉老師

　　上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副研究員、記憶合金專家金明江老師

　　上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究員、輕合金專家王樂耘老師

　　我們聊到了：

　　最近大火的生物基材料，最早會(huì)替代哪些石油基材料?

　　作為最古老的人造材料之一，陶瓷在新能源、高端制造上有哪些新應(yīng)用?

　　記憶合金如何撐起手機(jī)防抖黑科技?

　　ChatGPT將給新材料研發(fā)帶來(lái)哪些變革?

　　本次活動(dòng)由險(xiǎn)峰投資人楊軼塵主持，期待更多新材料領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)者及行業(yè)專家與我們交流。

　　險(xiǎn)峰：人類要用可降解生物基材料替代不可降解的石油基材料，您覺得*會(huì)發(fā)生在哪些細(xì)分領(lǐng)域？哪項(xiàng)指標(biāo)決定了替代速度的快慢？

　　任杰：首先明確，生物基材料不一定都是可降解的，比如PLA、PHA屬于可降解，但生物基尼龍、生物基聚乙烯就屬于不可降解。

　　所以大類上，生物基材料可以分為兩種：生物基的可降解（如PLA、PHA）和不可降解(如生物基尼龍、生物基PE)，前者更多應(yīng)用于一次性塑料制品、后者更多應(yīng)用于非一次性耐久性塑料制品。

　　對(duì)于一次性的塑料制品，像一次性餐具、衛(wèi)生巾、尿不濕等，我們更關(guān)注它的「可降解性」。

　　比如現(xiàn)在星巴克的吸管，很多人叫它“渣渣管”，其實(shí)就是用PLA(聚乳酸)和咖啡渣制成的;現(xiàn)在凡是一次性的材料，都要求做成可降解可堆肥，在這方面，國(guó)內(nèi)正在迅速向歐美靠攏。

　　對(duì)于非一次性的生物基，像衣服、鞋帽、汽車內(nèi)飾這些耐用品，我們則更關(guān)心生物基來(lái)源的「減碳量」。

　　舉個(gè)例子，用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)PLA(聚乳酸)，要先把二氧化碳植物經(jīng)過光合作用變成碳水化合物，然后發(fā)酵成乳酸，最后變成聚乳酸;整個(gè)過程在不考慮能耗的前提下，每生產(chǎn)一噸PLA，可以從大氣中吸收1.87噸二氧化碳。

　　與之相比，傳統(tǒng)的塑料如聚苯烯PS、滌綸PET、尼龍PA，從煉油到原料單體，再經(jīng)聚合，整個(gè)過程要向環(huán)境排放2噸左右的CO₂。

　　最近法國(guó)道達(dá)爾公司在泰國(guó)建成一家7.5萬(wàn)噸PLA工廠，據(jù)報(bào)道，該工廠每生產(chǎn)一噸PLA，只排放501公斤二氧化碳，相當(dāng)于傳統(tǒng)制造塑料CO₂排放總數(shù)的1/4，這個(gè)碳減排意義就很大了。

　　比如去年歐洲的碳交易市場(chǎng)，1噸二氧化碳能賣50歐元，到今年已經(jīng)漲到快100歐元了，一條年產(chǎn)10萬(wàn)噸的PLA產(chǎn)線，一年光碳交易就多出1000萬(wàn)歐元的利潤(rùn)，這還不包括企業(yè)的ESG增值部分。

　　所以，生物基新材料一旦在減碳上跑通了，后面替代速度會(huì)非�？�。當(dāng)然，減碳量具體怎么計(jì)算，不能企業(yè)自己拍腦袋，必須要標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)在我們國(guó)家也成立了一個(gè)生物基的標(biāo)委會(huì)，正在制定碳足跡與碳減排的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，大家可以持續(xù)關(guān)注。

　　險(xiǎn)峰：可降解的生物基材料一般也都比較貴，如何說(shuō)服客戶接受生物基材料？

　　任杰：一是政策推動(dòng)，我們國(guó)家從2020年開始限禁塑令，嚴(yán)格限制一次性不可降解塑料，到今年國(guó)家郵政局也開始大力推廣可降解包裝與膠帶，所以不是我們說(shuō)服客戶接受，而是國(guó)家強(qiáng)制必須用。

　　另外碳交易也值得期待，雖然現(xiàn)在國(guó)家還沒有開始推，但碳交易市場(chǎng)已經(jīng)建好了，我估計(jì)未來(lái)幾年很快會(huì)推出，只等把行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)定下來(lái)。

　　二是針對(duì)不同客戶，可以采用不同營(yíng)銷策略。

　　比如現(xiàn)在國(guó)際國(guó)內(nèi)的大公司非常重視環(huán)保，他們肩負(fù)有社會(huì)責(zé)任，所以很愿意使用生物基——事實(shí)上，這些大企業(yè)出于ESG的要求，往往自己也在找這樣的材料與技術(shù)，雙方其實(shí)是一拍即合，完全不用說(shuō)服。

　　小企業(yè)和普通消費(fèi)者，一般對(duì)價(jià)格敏感，就要多講功能性。舉個(gè)例子，很多60后70后，小時(shí)候都穿過一種衣服叫“的確良”，它的材質(zhì)就是滌綸，穿在身上非常悶熱，不透氣，但是如果改用聚乳酸，透氣性會(huì)很好，而且抗菌。如果把PLA做成尿不濕，小孩用了以后，紅屁股沒有了，皮膚過敏沒了，就算貴一些，老百姓也會(huì)為自己健康買單。

　　險(xiǎn)峰：國(guó)內(nèi)PLA正處于一個(gè)如火如荼的擴(kuò)產(chǎn)能階段，未來(lái)大家會(huì)不會(huì)都是規(guī)模間的競(jìng)爭(zhēng)？還是說(shuō)依然有技術(shù)改進(jìn)的空間？

　　任杰：好多投資人都關(guān)心這個(gè)問題。工業(yè)化應(yīng)用的PLA(聚乳酸)生產(chǎn)開始于1997年(生物應(yīng)用就更早了，在上個(gè)世紀(jì)六十年代就開始)，當(dāng)時(shí)是由美國(guó)佳吉跟陶氏化學(xué)成立合資公司的，到現(xiàn)在也快30年了。

　　這個(gè)行業(yè)真正爆發(fā)是在2018年左右，大背景有兩個(gè)：*是全球禁塑政策的推行、治理白色污染的環(huán)保需求，第二是全球碳減排的推動(dòng)，以及由此引起的合成生物學(xué)的火熱。兩者合力，把PLA等生物基材料推到了風(fēng)口之上。

　　所以有預(yù)測(cè)說(shuō)，到2025年全球PLA產(chǎn)量能到100萬(wàn)噸，還有說(shuō)能到300萬(wàn)噸的，現(xiàn)在全球能量產(chǎn)PLA的企業(yè)也就6-7家，加起來(lái)30萬(wàn)噸不到，這是目前真正的產(chǎn)能;其中，*的一條線7.5萬(wàn)噸，還有一條10萬(wàn)噸的，正在建。

　　要知道這一點(diǎn)點(diǎn)量，跟傳統(tǒng)化工品比就是小弟弟，人家滌綸、尼龍的產(chǎn)線動(dòng)輒單產(chǎn)規(guī)模幾百萬(wàn)噸，小一點(diǎn)的也有幾十萬(wàn)噸，所以未來(lái)PLA的大方向一定是規(guī)模化，規(guī)模上去了，單耗的成本就下來(lái)了，這是非常明確的。

　　技術(shù)方面，肯定還有提升的空間，具體來(lái)說(shuō)有三個(gè)方面：

　　一是原材料的改進(jìn)，我們知道，生產(chǎn)聚乳酸需要用到乳酸，*代乳酸原料是玉米，第二代是木薯，現(xiàn)在糧食安全越來(lái)越重要，不能“與人爭(zhēng)糧，與糧爭(zhēng)地”，國(guó)家鼓勵(lì)要用非糧原料，所以第三代已經(jīng)是用稻草和秸稈，用纖維素和半纖維素生產(chǎn)乳酸。未來(lái)第四代，很可能是直接用二氧化碳和甲烷，所以技術(shù)永遠(yuǎn)沒有*，只有更好。

　　二是如何規(guī)�；�。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)做萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)線已經(jīng)沒問題了，但剛才說(shuō)，歐洲已經(jīng)在搞10萬(wàn)噸級(jí)了，這里面*的問題是化工裝備和丙交酯技術(shù)，國(guó)內(nèi)新材料的產(chǎn)業(yè)化往往會(huì)裝備被卡脖子，但我稍微透露一下，我們最近在馬鞍山改造一條線，會(huì)采用一些新裝備與新工藝，讓效率與轉(zhuǎn)化率更高，副產(chǎn)物更少。

　　三是技術(shù)路線的創(chuàng)新，比如PLA的直接縮聚法，這也是我們同濟(jì)與同杰良公司的一個(gè)特色優(yōu)勢(shì)，我們正在把它放大，做成萬(wàn)噸的規(guī)模，類似還有很多需要技術(shù)迭代的地方，創(chuàng)新永無(wú)止境。

　　險(xiǎn)峰：如何看待生物合成PLA的前景，會(huì)被其他材料顛覆嗎？

　　任杰：暫時(shí)還構(gòu)不成威脅。一般來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)材料被顛覆還是比較難的，舉個(gè)例子，100年前人類建房子用水泥，現(xiàn)在還是用水泥，不過水泥本身已經(jīng)迭代了，比如標(biāo)號(hào)更高，還能抗低溫——從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，材料技術(shù)的進(jìn)步，更多還是材料改性與提升方面的。

　　生物基材料也是一樣，比如PHA(聚羥基脂肪酸酯)，早在90年代，英國(guó)的阿斯利康就在嘗試產(chǎn)業(yè)化，但直到去年，韓國(guó)CJ的*條PHA產(chǎn)線才投產(chǎn)，產(chǎn)能也只有5000噸/年，這中間已經(jīng)過去了30年，一些工程技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景沒徹底解決，形成產(chǎn)能尚需時(shí)日。

　　所以搞過材料的人都知道，從一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里的idea，到小試再到中試，一直到規(guī)模生產(chǎn)，都非常不容易，不僅需要有材料創(chuàng)新的技術(shù)、還要相應(yīng)的裝備與工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，更需要各類知識(shí)背景的人才團(tuán)隊(duì)的整合，這往往是一個(gè)技術(shù)集成的過程。

　　險(xiǎn)峰：一種新材料，從小試中試到真正的量產(chǎn)，一般需要多長(zhǎng)時(shí)間？

　　任杰：不同材料不能一概而論，首先要看市場(chǎng)需求，比如國(guó)產(chǎn)芯片，坦白說(shuō)如果中 美之間沒有爆發(fā)貿(mào)易摩擦，我國(guó)芯片行業(yè)可能今天也不會(huì)發(fā)展這么快。材料也一樣，一種新材料首先要被市場(chǎng)認(rèn)可，還要有迫切的市場(chǎng)需求，這是一個(gè)基礎(chǔ)。

　　具體時(shí)間上，高分子材料從小試到中試再到規(guī)模化生產(chǎn)，每個(gè)階段大概需要3年左右，前提還要有現(xiàn)成的成熟裝備，如果全部要自己開發(fā)，每個(gè)階段至少要5年左右時(shí)間。

　　比如剛才說(shuō)的PLA(聚乳酸)擴(kuò)產(chǎn)，要從萬(wàn)噸級(jí)放大到10萬(wàn)噸級(jí)，中間很多技術(shù)參數(shù)與工藝包需要試驗(yàn)與積累，學(xué)過化工的都知道“三傳一反”，這些工程化數(shù)據(jù)是靠工程積累的東西，抄是抄不到的，數(shù)據(jù)與工藝包必須靠積累。

　　險(xiǎn)峰：在您看來(lái)，現(xiàn)階段，生物基材料當(dāng)中哪個(gè)性價(jià)比更好，有哪些有前景的品類？

　　任杰：我還是比較看好PLA(聚乳酸)。首先這個(gè)行業(yè)起步早，已經(jīng)30年了，前面很多先驅(qū)已經(jīng)交過學(xué)費(fèi);此外它的應(yīng)用場(chǎng)景也多，從*的吸管、地膜、垃圾袋，到最高檔的比如可吸收骨釘、手術(shù)縫合線、心血管支架，都要用到PLA。

　　第二，PLA在中國(guó)已經(jīng)形成了一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，特別是下游產(chǎn)業(yè)鏈，這是別的國(guó)家不具備的。你讓歐美做個(gè)吸管，其實(shí)也挺難的，他們沒干過，沒有這樣的積累，比如PLA衣服的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)菑睦w維到紗線，再到面料(染整)，直至成衣，隨便哪個(gè)環(huán)節(jié)都可能被卡脖子，但你在長(zhǎng)三角珠三角，到處都能找到這樣的工廠。

　　現(xiàn)在PLA的價(jià)格大概在22000-26000一噸，而工程塑料或及其改性材料，價(jià)格一般在2萬(wàn)左右，兩者差得不多。未來(lái)隨著技術(shù)改進(jìn)+規(guī)模化+國(guó)家補(bǔ)貼，如果PLA可以降到2萬(wàn)塊以下，那就非常有競(jìng)爭(zhēng)力了。

　　伍暉：首先自我介紹一下，我來(lái)自清華大學(xué)材料學(xué)院，我所在的清華新型陶瓷實(shí)驗(yàn)室是國(guó)內(nèi)陶瓷領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多的國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室之一，研究方向包括信息功能陶瓷材料、高性能結(jié)構(gòu)陶瓷材料和生物陶瓷材料等等，我本人的研究方向是超細(xì)纖維材料，這在新材料領(lǐng)域是一個(gè)很重要的課題。

　　為什么要把纖維做得很細(xì)?剛才任老師提到，PLA(聚乳酸)非常親膚透氣，因此聚乳酸超細(xì)纖維其實(shí)可以用來(lái)做人造皮膚，凝血止血材料，甚至人造血管和神經(jīng)導(dǎo)管。

　　再比如航空航天領(lǐng)域，超細(xì)纖維也有非常好的熱力學(xué)性質(zhì)，如果我們把陶瓷做成超細(xì)納米級(jí)的纖維結(jié)構(gòu)，就可以得到一種穩(wěn)定耐高溫、有彈性、易加工，而且高強(qiáng)度的輕質(zhì)絕熱材料，來(lái)替代傳統(tǒng)的泡沫陶瓷、玻璃纖維和氣凝膠。

　　目前，我們已經(jīng)把這種陶瓷超細(xì)纖維材料用在了電池安全防護(hù)領(lǐng)域，比如，在兩塊電池中間做一個(gè)阻擋層，只需要一毫米的厚度，就可以阻隔明火防止爆燃。此外，我們也正在嘗試用工業(yè)化的方法，來(lái)低成本、高效率的生產(chǎn)這種材料。

　　險(xiǎn)峰：對(duì)于新材料，學(xué)界一般有兩種研發(fā)思路，一是用先做出一種材料，然后找應(yīng)用場(chǎng)景，二是根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景去探索和改進(jìn)已有材料，在您看來(lái)，哪種方式更為典型？

　　伍暉：非常好的問題，就我個(gè)人來(lái)說(shuō)，剛進(jìn)入行時(shí)我是*種思路，一般會(huì)先有一個(gè)好的想法，比如在結(jié)構(gòu)上做出一些創(chuàng)新，但做出的材料有什么價(jià)值，未來(lái)能解決什么產(chǎn)業(yè)問題，可能還是懵懂的。當(dāng)然，我堅(jiān)信它是有價(jià)值的，但是中間需要很長(zhǎng)時(shí)間的積累和摸索。

　　我個(gè)人會(huì)更羨慕另一種模式，在剛起步時(shí)就圍繞著某個(gè)精確需求，解決某個(gè)具體問題，我想這樣會(huì)更高效，但科研可能就是這樣，沒有十全十美，大多數(shù)情況是兩者兼具，每個(gè)人的研究方向、背景各不相同，選擇也會(huì)不同，但都有各自的價(jià)值。

　　險(xiǎn)峰：剛才提到了氣凝膠，現(xiàn)在這個(gè)材料很火，很多主機(jī)廠都非常關(guān)注；那么和氣凝膠相比，超細(xì)纖維有哪些優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)？

　　伍暉：剛才任老師也講到，一種新材料，剛做出來(lái)時(shí)往往很貴重，只能用在一些高端領(lǐng)域，但隨著工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，成本越來(lái)越低，可以使用的場(chǎng)景也會(huì)越來(lái)越多，氣凝膠也是類似的發(fā)展路徑。

　　氣凝膠最早誕生于上世紀(jì)60年代，當(dāng)時(shí)是作為尖端材料，主要用在航空航天領(lǐng)域，后來(lái)隨著產(chǎn)量提升，開始逐步延伸到動(dòng)力電池、冶金化工，到現(xiàn)在甚至服裝里也開始用氣凝膠做絕熱材料，已經(jīng)滲透到了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面。

　　但與氣凝膠相比，陶瓷纖維是一種剛剛興起的材料，兩者的不同主要有三個(gè)：*是，氣凝膠密度很低，力學(xué)性能比較脆，所以一般要先把氣凝膠壓成粉末，才能進(jìn)行二次加工;而陶瓷纖維的力學(xué)、回彈度都非常好，所以會(huì)更貼合某些柔性場(chǎng)景的應(yīng)用需求。

　　第二是工作溫度不同，所謂的陶瓷其實(shí)是一個(gè)籠統(tǒng)概念，具體來(lái)說(shuō)，陶瓷中有很多極耐高溫的品類，例如莫來(lái)石、氧化鋁，氧化鋯等等，如果把他們做成超細(xì)纖維結(jié)構(gòu)，可以長(zhǎng)時(shí)間耐受1600度以上的高溫，不發(fā)生坍塌或燒結(jié)，因此在耐高溫方面，陶瓷纖維要更擅長(zhǎng)。

　　第三是規(guī)模成本，生產(chǎn)陶瓷纖維的技術(shù)叫作“氣紡絲”，即通過壓縮空氣將溶液高速噴吹，來(lái)實(shí)現(xiàn)超細(xì)纖維的大規(guī)模制造，未來(lái)隨著產(chǎn)量的不斷提升，陶瓷纖維在規(guī)模和成本上也會(huì)一定的優(yōu)勢(shì)。

　　險(xiǎn)峰：清華材料學(xué)院之前曾經(jīng)成功孵化出清陶能源、愛爾創(chuàng)這類優(yōu)秀的創(chuàng)業(yè)公司，對(duì)于科研成果產(chǎn)業(yè)化，您有哪些經(jīng)驗(yàn)可以分享？

　　伍暉：其實(shí)不止這兩家，在新能源和新材料領(lǐng)域，大批清華校友都有非常成功的科技成果轉(zhuǎn)化，我覺得主要有兩個(gè)啟發(fā)：

　　*，是做科研一定要緊跟時(shí)代大趨勢(shì)。比如清陶，他們很早就開始做與固態(tài)電池相關(guān)的基礎(chǔ)材料研究，這幾年趕上了新能源的爆發(fā)，整個(gè)電池行業(yè)都有了一個(gè)非�？斓脑鲩L(zhǎng)，這背后與國(guó)家政策的支持密不可分，所以做科研一定要緊跟國(guó)家的需求，緊跟市場(chǎng)的需求，順勢(shì)而為。

　　第二是堅(jiān)持長(zhǎng)期主義，其實(shí)清陶也好，愛爾創(chuàng)也好，現(xiàn)在大家看到的是他們?cè)诳焖籴绕�，但這些企業(yè)在之前，都經(jīng)歷過10年甚至20年的技術(shù)積累和沉淀，才逐步走出實(shí)驗(yàn)室。一種新材料從研發(fā)到走向成熟是一個(gè)挺漫長(zhǎng)的過程，我們無(wú)論做科研還是投資都要秉承長(zhǎng)期主義。

　　險(xiǎn)峰：提到記憶合金，我首先想到了瓦特的故事，瓦特說(shuō)他*次看到水蒸氣推動(dòng)水壺的蓋子，叮當(dāng)作響，他覺得里面一定有魔鬼在跳舞;當(dāng)我看到一根記憶絲材可以自己伸縮，甚至拉動(dòng)重物，我產(chǎn)生了跟瓦特一樣的感受——這里面有魔鬼在跳舞。所以首先請(qǐng)金老師來(lái)為大家科普一下，記憶合金是如何在遵守能量守恒的前提下，能有這樣神奇的力量？

　　金明江：記憶合金誕生于上個(gè)世紀(jì)60年代，由美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，到80年代開始進(jìn)入民用，所以其實(shí)并不是一種很新的材料。它之所以能變形，是因?yàn)橛洃浐辖鹪谝欢�溫度或者�?yīng)力的驅(qū)動(dòng)下，會(huì)發(fā)生一些可逆的固態(tài)相變，換句話說(shuō)，它在微觀晶體的原子排布層面發(fā)生了變化。

　　如果是溫度驅(qū)動(dòng)的的變形，我們稱它為形狀記憶效應(yīng)；如果是應(yīng)力驅(qū)動(dòng)的變形，我們稱它為超彈性，當(dāng)然，無(wú)論是哪一種，一定還是遵守能量守恒定律的。

　　險(xiǎn)峰：這幾年我們看到學(xué)界對(duì)記憶合金的探索，從一開始被動(dòng)的形變，發(fā)展到了主動(dòng)的控制，這中間大概經(jīng)歷了怎樣的過程？有哪些重要的里程碑？

　　金明江：我舉兩個(gè)比較典型的應(yīng)用。

　　比如我們家用的恒溫閥，在洗澡的時(shí)候可以把水溫恒定控制38-42度之間，原理就是被動(dòng)形變——你可以把它想象成一個(gè)彈簧開關(guān)，超過或者低于某個(gè)標(biāo)度就會(huì)自動(dòng)打開或者閉合。

　　同樣的場(chǎng)景，如果是用電子裝置，那我至少需要一個(gè)溫度傳感器，一臺(tái)電機(jī)，還要有一個(gè)閥門，但現(xiàn)在只需要一塊記憶合金就可以解決，不需要任何外部的邏輯控制，簡(jiǎn)單可靠穩(wěn)定性好，這就是一個(gè)特定場(chǎng)景下的巧妙應(yīng)用，但坦白說(shuō)，這樣的場(chǎng)景其實(shí)并不是很多。

　　相比之下，主動(dòng)控制的想象空間更大。比如我們可以用電加熱的方式控制記憶合金形變，創(chuàng)造出一臺(tái)記憶合金馬達(dá)，替代傳統(tǒng)的電機(jī)。

　　事實(shí)上，現(xiàn)在很多手機(jī)廠商都已經(jīng)開始用記憶合金馬達(dá)替代傳統(tǒng)的VCM馬達(dá)，特別是一些旗艦手機(jī)的攝像頭防抖模組，可以精確到亞微米級(jí)，也就是100納米級(jí)別，精度非常非常高，響應(yīng)頻率也特別快，而且更小、更輕、成本也更低，這在記憶合金領(lǐng)域是一個(gè)里程碑式的突破。

　　當(dāng)然，從技術(shù)層面上來(lái)講，主動(dòng)控制涉及到多學(xué)科的交叉，不僅僅是材料學(xué)，還有電控和算法，因此技術(shù)難度大，壁壘也高，但它在未來(lái)也會(huì)有很大的拓展空間，能夠挑戰(zhàn)大量傳統(tǒng)微型電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。

　　險(xiǎn)峰：作為手機(jī)防抖的黑科技，記憶合金馬達(dá)一經(jīng)問世就引起了業(yè)內(nèi)轟動(dòng)，相比傳統(tǒng)的VCM馬達(dá)，它有哪些顯著的優(yōu)勢(shì)？

　　金明江：眾所周知，手機(jī)對(duì)內(nèi)部空間利用率的要求非�？量�。

　　最近幾年，手機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，特別是攝像頭方面，畫質(zhì)越來(lái)越高，變焦倍數(shù)也越來(lái)越大，如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)的VCM馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)，那你的攝像頭也必須越做越大，越做越重。所以我們看到，這幾年手機(jī)的鏡頭越來(lái)越外凸，恨不得在手機(jī)外面掛一個(gè)鏡頭，這就是VCM馬達(dá)的弊端。

　　而記憶合金馬達(dá)*的優(yōu)勢(shì)就是微型化。本質(zhì)上，記憶合金馬達(dá)其實(shí)是通過2根絲材之間的對(duì)抗運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制——當(dāng)然，現(xiàn)在隨著功能越來(lái)越復(fù)雜，已經(jīng)從2根發(fā)展到4根、6根或者8根，但體積依然比VCM馬達(dá)小得多，可以大幅節(jié)省鏡頭空間。

　　第二，記憶合金它是通過電阻大小來(lái)判斷形變的大小和長(zhǎng)度，所以也不需要加裝額外的傳感器。

　　此外，記憶合金基本上不會(huì)用到磁性材料，所以也不需要做專門的防磁干擾設(shè)計(jì)，這是它的幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)。

　　不過，它的缺點(diǎn)也很明顯，就是貴。目前記憶合金馬達(dá)成本還比較高，只能用在高端手機(jī)上，但是隨著產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，成本一定會(huì)慢慢降低，我認(rèn)為未來(lái)還是非常值得期待的。

　　險(xiǎn)峰：這個(gè)行業(yè)壁壘有多高？比如一家做醫(yī)用記憶合金的企業(yè)，如果要切馬達(dá)這個(gè)場(chǎng)景，難度如何？

　　金明江：我不太方便去評(píng)價(jià)同行，但坦白說(shuō)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大部分做記憶合金的廠家，主要還是關(guān)注在醫(yī)療領(lǐng)域，心血管支架之類。就像我剛才說(shuō)的，高精度記憶合金器件涉及到多學(xué)科交叉，是一個(gè)非常尖端的前沿產(chǎn)業(yè)，所以目前為止我確實(shí)還沒有看到，國(guó)內(nèi)在這個(gè)領(lǐng)域有特別突出的企業(yè)。

　　此外，對(duì)于高精度記憶合金的選材，目前也還沒有一個(gè)非常明確的標(biāo)準(zhǔn)，比如什么樣的材料是好材料，哪些指標(biāo)屬于關(guān)鍵指標(biāo)，行業(yè)內(nèi)還沒有沒有形成共識(shí)，在這方面，國(guó)內(nèi)廠家可能也需要一定時(shí)間的積累。

　　險(xiǎn)峰：但VCM畢竟是一個(gè)很成熟的方案，一年也有十幾億部手機(jī)的出貨量，如何說(shuō)服客戶接受這種新材料的？

　　金明江：其實(shí)，新材料很難通過說(shuō)服客戶來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，它涉及到一個(gè)系統(tǒng)性的替換，初期的替換成本是非常高的，所以還是要從產(chǎn)品力和技術(shù)力層面入手，讓客戶看到趨勢(shì)，相信趨勢(shì)。

　　比如，記憶合金馬達(dá)的體積更緊湊，不需要傳感器，也沒有磁性，那么這樣的產(chǎn)品，你相不相信它會(huì)最終替代VCM?

　　再比如，現(xiàn)在記憶合金馬達(dá)很貴，但是它里面不會(huì)用到貴重金屬，結(jié)構(gòu)也比傳統(tǒng)馬達(dá)更簡(jiǎn)單，未來(lái)隨著技術(shù)不斷成熟，不斷標(biāo)準(zhǔn)化，你相不相信它的成本最終會(huì)低于VCM?——如果相信，他就會(huì)提早布局。

　　險(xiǎn)峰：我理解接受一款新材料，可能也需要材料廠商、馬達(dá)廠商、軟件廠商，甚至到手機(jī)廠商共同努力，經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的磨合期，這個(gè)周期大概要多長(zhǎng)時(shí)間？

　　金明江：從國(guó)外的SMA發(fā)展歷史來(lái)看，整個(gè)磨合周期通常要5年左右——但這是從材料研發(fā)開始算的。像我們之前因?yàn)橐呀?jīng)有了五六年時(shí)間的積累，所以會(huì)快很多，如果是做手機(jī)馬達(dá)的話，最快大概只需要半年。

　　*步可能是馬達(dá)廠商先接到訂單，然后我們的材料進(jìn)場(chǎng)。初期是一些外圍實(shí)驗(yàn)，比如跌落、破壞，包括壽命實(shí)驗(yàn)之類的，然后把材料裝進(jìn)馬達(dá)測(cè)試，再到模組，到工程樣機(jī)，整個(gè)過程大概半年左右。因?yàn)槭謾C(jī)行業(yè)迭代非常快，所以只需要半年，但如果是別的行業(yè)，時(shí)間會(huì)更久一些。

　　到時(shí)候更久的時(shí)間肯定是在這個(gè)材料出來(lái)，前期的研發(fā)過程，這個(gè)可能是需要幾代學(xué)者的一個(gè)努力才有可能把材料做出來(lái)。

　　前期的準(zhǔn)備工作材料研發(fā)應(yīng)該是需要更長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)橄裎覀儓F(tuán)隊(duì)的話在做這個(gè)材料的話，我們也是應(yīng)該有，到現(xiàn)在也五六年的時(shí)間。

　　險(xiǎn)峰：此前您曾以大學(xué)教授的身份，承接過企業(yè)的研發(fā)課題，到現(xiàn)在自己下場(chǎng)創(chuàng)業(yè)，親自為客戶交付產(chǎn)品，您覺得兩者有哪些不一樣？

　　金明江：完全不同的感覺。我舉個(gè)例子，搞研發(fā)就像做一塊木板，你只要保證它足夠長(zhǎng)就行了;但產(chǎn)業(yè)化就像做一堆木板，每一塊不一定要多長(zhǎng)，但必須保證每一塊都不能有短板。

　　做企業(yè)真是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，產(chǎn)銷研、人財(cái)物，一樣都不可缺少;特別是手機(jī)鏡頭這樣一個(gè)產(chǎn)品，真的是要保證每一件貨都萬(wàn)無(wú)一失，不能有任何的問題，今天我們只是剛剛完成了從0到1，可能連0-1都不算，后面還有1到100，都非常有挑戰(zhàn)性，我自己也還在一個(gè)摸索的過程中。

　　險(xiǎn)峰：王老師可能是國(guó)內(nèi)最早從事“AI+材料”研究的教授之一，您能否簡(jiǎn)單介紹一下，這個(gè)行業(yè)目前的發(fā)展趨勢(shì)？

　　王樂耘：感謝險(xiǎn)峰的邀請(qǐng)，非常榮幸今天能和大家做一個(gè)分享。

　　我本人是從2017年開始從事“AI+材料”研究的，當(dāng)時(shí)是受到了AlphaGo的影響，就想到能不能把AI用到材料研發(fā)上來(lái)。那時(shí)這個(gè)方向還比較小眾，2016年如果你去全球論文庫(kù)搜索“AI+材料”，大概只有100多篇論文，但是到2021年，這個(gè)數(shù)字就上升到了3000多篇，有了一個(gè)指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。

　　究其原因，一方面是能用于機(jī)器學(xué)習(xí)的材料數(shù)據(jù)越來(lái)越多，另一方面還要?dú)w功于與AI自身的進(jìn)步，比如硬件算力的提升，以及算法方面的改進(jìn)，特別是今年GPT誕生之后，給這個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了非常大的機(jī)會(huì)。下面我簡(jiǎn)單分享一下，我們這個(gè)行業(yè)具體是如何工作的。

　　首先是要獲取數(shù)據(jù)，來(lái)源一般有三個(gè)：

　　以前我們材料專業(yè)的學(xué)生，都會(huì)有一個(gè)自己的實(shí)驗(yàn)記錄本，記錄每天的數(shù)據(jù)，通過分析其中的一些邏輯關(guān)系來(lái)寫論文，或者推導(dǎo)公式。但隨著AI時(shí)代的來(lái)臨，今天材料數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)一個(gè)海量的狀態(tài)，而且每天都在增長(zhǎng)，所以現(xiàn)在國(guó)際上已經(jīng)建立了很多的 materials data repository(材料數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù))，這些數(shù)據(jù)庫(kù)中會(huì)包含大量的高質(zhì)量基礎(chǔ)信息，比如材料的原子間勢(shì)、能帶帶寬等等，其中大部分庫(kù)都是共享的，這是*個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源。

　　第二個(gè)數(shù)據(jù)來(lái)源是實(shí)驗(yàn)，過去我們也會(huì)做實(shí)驗(yàn)，但是現(xiàn)在AI可以通過貝葉斯算法，推薦你下一個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該去做什么，這被稱為“主動(dòng)學(xué)習(xí)”，這樣就能夠產(chǎn)生更多的高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);第三個(gè)是NLP技術(shù)，讓AI從互聯(lián)網(wǎng)或者科研文獻(xiàn)中直接抓取數(shù)據(jù)。在這三項(xiàng)技術(shù)的加持下，今天我們獲取材料數(shù)據(jù)能力已經(jīng)今非昔比，這也構(gòu)成了整個(gè)行業(yè)的基礎(chǔ)。

　　獲得了數(shù)據(jù)之后，下一步是fingerprinting，中文叫特征化;就是說(shuō)每塊材料，我怎么選擇最合適特征去描述它?

　　比如最基礎(chǔ)的，材料中含有哪些元素，每種元素的含量是多少?再下來(lái)可能是原子間勢(shì)、晶胞結(jié)構(gòu)，包括一些物理參數(shù)等等，這些都還是人類能夠理解的特征。但現(xiàn)在由于AI 技術(shù)發(fā)展，機(jī)器可以自動(dòng)化地生成一些我們不知道的特征，甚至預(yù)測(cè)出一些特性，然后再將其符號(hào)化，所以在整個(gè)AI for materials 當(dāng)中，這個(gè)部分是最最核心的，也是各研究團(tuán)隊(duì)之間真正拉開差距的部分。

　　當(dāng)這些特征被篩選出來(lái)之后，我們就可以用不同的AI算法來(lái)處理不同的問題，比如用CNN做圖像識(shí)別，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來(lái)尋找新材料，當(dāng)然最值得期待的還是大模型。舉個(gè)例子，以前大家要解決某個(gè)材料的*性原理問題，必須要計(jì)算量子力學(xué)方程，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，成本非常高，但是現(xiàn)在有了深度學(xué)習(xí)大模型之后，無(wú)論是計(jì)算*層的波函數(shù)，還是分子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，速度都非�？臁�

　　除此之外，我們還可以用計(jì)算機(jī)視覺算法做一些顯微組織的識(shí)別，甚至制造一些自動(dòng)化的實(shí)驗(yàn)機(jī)器人。當(dāng)然，最終的目標(biāo)還是能夠?qū)崿F(xiàn)材料的逆向設(shè)計(jì)，即完全超越人類的知識(shí)和想象，讓AI直接從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)出發(fā)去發(fā)現(xiàn)新材料，目前這在一些半導(dǎo)體材料和高分子材料中已經(jīng)取得部分成功。

　　所以我個(gè)人非�？春肁I for materials，這是一個(gè)即將爆發(fā)的賽道，現(xiàn)在我每天都能看到很多新論文，被各種研究成果所震撼，這非常令人激動(dòng)。

　　險(xiǎn)峰：在您看來(lái)，下一步GPT-4會(huì)給 AI for materials 行業(yè)帶來(lái)哪些變化？

　　王樂耘：首先GPT-4實(shí)現(xiàn)了多模態(tài)，不僅可以識(shí)別文字，還可以識(shí)別圖像和視頻，這就有了非常大想象的空間。

　　比如以往我們?cè)诓牧涎邪l(fā)過程中，會(huì)用到顯微組織圖、X射線衍射譜等，或者實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)材料加工過程信號(hào)的視頻，如果這些素材都可以變成參數(shù)變量，交給機(jī)器學(xué)習(xí)，很可能會(huì)帶來(lái)革命性變革。

　　再比如 transformer 架構(gòu)可以把材料的三維原子結(jié)構(gòu)，投射到一個(gè)二維的數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，讓機(jī)器去尋找那些人類無(wú)法理解、原子級(jí)別的關(guān)聯(lián)，那未來(lái)也很可能會(huì)誕生一個(gè) Materials-GPT——所以我才說(shuō)這是一個(gè)令人激動(dòng)的時(shí)代，很多顛覆性的應(yīng)用可能正在路上。

　　險(xiǎn)峰：一般的金屬材料，它的研發(fā)過程是怎么樣的？比如以車身用鋁合金為例，像您這樣的高校團(tuán)隊(duì)在其中會(huì)扮演什么樣的角色？

　　王樂耘：金屬材料今天已經(jīng)很成熟了，尤其像鋁合金，已經(jīng)有非常多的商用牌號(hào)，比如3系、5系、6系、7系，所以很多部件的材質(zhì)也是固定的，比如車身什么牌號(hào)，底盤用什么牌號(hào)——像汽車?yán)锩?系6系用的多，飛機(jī)里面7系用的多。

　　但是如果是造一款新車，需要重新設(shè)計(jì)，那就有可能涉及到新材料的需求。

　　一般是車廠找到一級(jí)供應(yīng)商提需求，我要一個(gè)什么樣的部件，需要達(dá)到什么樣的性能指標(biāo)，一級(jí)供應(yīng)商查閱自己的材料手冊(cè)，有的話直接供貨，沒有的話就會(huì)去找下面的二級(jí)材料供應(yīng)商。

　　同樣，材料供應(yīng)商也是先查閱內(nèi)部手冊(cè)，有的話直接供貨，沒有的話才會(huì)組織研發(fā)——這時(shí)他們可能會(huì)與高校聯(lián)系，做一個(gè)橫向課題。

　　等高校開發(fā)出滿足需求的材料，就會(huì)以配方和樣品的形式交給材料廠商，由材料廠商小試、中試，證明這種材料不僅可以在實(shí)驗(yàn)室中合成，也可以在真實(shí)環(huán)境下量產(chǎn)，之后交給一級(jí)供應(yīng)商，做成產(chǎn)品進(jìn)行整體性能測(cè)試，最后交給主機(jī)廠驗(yàn)收，基本都是這樣一個(gè)過程。

　　險(xiǎn)峰：聽上去還是挺繁瑣的，未來(lái)這里某些環(huán)節(jié)是否可以被AI替代？

　　王樂耘：不一定能完全替代，但肯定是會(huì)加速。

　　舉個(gè)例子，過去車廠提出一個(gè)新設(shè)計(jì)，一級(jí)供應(yīng)商一看，材料手冊(cè)里沒有，那為了怕麻煩，車廠可能就會(huì)放棄原有的設(shè)計(jì)，但現(xiàn)在有了AI，我們就可以建立一座虛擬實(shí)驗(yàn)室，先讓AI去看看這種材料能不能生產(chǎn)出來(lái)，需要多少成本和時(shí)間，這樣車廠就有動(dòng)力去使用新材料。

　　其實(shí)整體來(lái)看，現(xiàn)在AI技術(shù)在材料領(lǐng)域中的應(yīng)用是逐漸增多的，比如金屬玻璃、高熵合金，包括剛才金老師提到的形狀記憶合金，也可以通過計(jì)算可以來(lái)預(yù)測(cè)它的相變溫度等等。

　　特別是催化劑，目前AI參與的也非常多，因?yàn)榇呋�是原子尺度上的化學(xué)反應(yīng)，之前都是通過電鏡來(lái)觀察，現(xiàn)在能夠用AI直接預(yù)測(cè)出來(lái)，就能更好的找到新催化劑。

　　險(xiǎn)峰：中國(guó)是全球*的金屬材料生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，但同時(shí)我們很多高端金屬材料還要依賴進(jìn)口，您覺得未來(lái) AI 技術(shù)能否幫助我們改變這個(gè)現(xiàn)狀。

　　王樂耘：完全有可能。事實(shí)上，我覺得中國(guó)是最適合發(fā)展 AI for materials 的國(guó)家。

　　正如你提到的，中國(guó)是世界上*的材料生產(chǎn)國(guó)與消費(fèi)國(guó)，我們有800多萬(wàn)家的材料企業(yè)，但為什么產(chǎn)品質(zhì)量不如國(guó)外?主要還是我們?cè)谏�產(chǎn)過程中不規(guī)范，或者說(shuō)是沒有經(jīng)過科學(xué)指導(dǎo)。比如做高溫合金，國(guó)外企業(yè)是從礦石開始，怎么提煉，怎么純凈化，溫度是多少，每一步都非常嚴(yán)格，非常精準(zhǔn)。

　　所以我們要想真正打造材料強(qiáng)國(guó)，必須要在數(shù)字化方面下功夫，在整個(gè)材料的生產(chǎn)過程中，一定要實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)字化管理，而AI就是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，比如數(shù)字孿生等等，這樣才能夠把材料的品控做好。

　　險(xiǎn)峰：AI+制藥和 AI+材料這兩個(gè)技術(shù)能夠互相復(fù)用嗎？?jī)烧哂心男┊愅�之處�?/strong>

　　王樂耘：還是很不一樣的，藥的研發(fā)周非常長(zhǎng)，從找到一個(gè)有效分子，到管線，到臨床123期，最后才能上市賣，中間每一步失敗的風(fēng)險(xiǎn)都很高;但同時(shí)，制藥又是一個(gè)非常暴利的行業(yè)，有很長(zhǎng)的專利保護(hù)期，所以資本也會(huì)更愿意投入。

　　而材料的話，它的迭代周期會(huì)非�？�，比如我發(fā)現(xiàn)一種材料，馬上就能合成，緊接著就可以推廣，快速變現(xiàn);但在專利保護(hù)方面，材料比制藥弱得多，仿制者只要在其中加入一些無(wú)害的微量元素，就可以非常容易的繞開專利，所以大家也基本上不太會(huì)申請(qǐng)專利，而是作為一種秘密技術(shù)，保存在企業(yè)內(nèi)部。

　　這樣長(zhǎng)期下來(lái)，材料企業(yè)就變成了一個(gè)個(gè)的信息孤島，所以我們才希望能用AI的方式提升創(chuàng)新的能力，不斷把行業(yè)規(guī)模做大。