数字化工具助力化学实验，AI加持未来科研

数字化工具助力化学实验，AI加持未来科研

数字化工具和人工智能正在深刻改变化学实验和教育方式。从数字化手持技术到人工智能，这些先进的工具不仅提升了实验的精度和效率，也为未来的科学研究开辟了新的道路。

数字化手持技术正在为化学实验和教育带来革命性的变化。通过数字化手持设备，教师可以向学生展示分子的三维结构，使抽象的化学概念变得更加具体和可视化。学生可以通过手持设备旋转、缩放和互动地探索分子结构，深入理解分子的构成和性质。

数字化手持技术还可以用来模拟化学反应的过程，包括反应物之间的碰撞、原子和分子之间的相互作用等。这种模拟能够帮助学生更好地理解反应机理，预测产物以及掌握反应条件的影响。此外，数字化手持技术还可以用于互动性学习体验。教师可以创建化学问题和测验，学生可以使用手持设备回答问题，获取实时反馈，促进主动学习和思考。

在实验教学中，数字化手持技术可以用于实验数据的采集和分析。例如，在酸碱中和实验中，学生可以使用手持设备记录pH值的变化，实时绘制曲线图，分析反应的速率和终点。数字化手持技术还可以用于模拟化学实验，尤其是在一些危险或昂贵的实验无法进行时。学生可以在虚拟实验室中进行模拟实验，观察反应的过程和结果，培养实验设计和数据分析的能力。

研究表明，数字化手持技术在高中化学教育中展现出积极效果。它提供了更具互动性和个性化的学习机会，有助于激发学生的学习兴趣。通过使用手持设备进行化学学习，学生更容易理解抽象的概念，更深入地掌握化学知识。

人工智能正在为化学研究插上科技的翅膀，让“不可能”的探索成为“可能”。在化学领域，AI的应用已经取得了令人瞩目的突破。

中国科学技术大学研发的机器化学家系统“小来”，可以完成文献读取、合成、表征、性能测试、机器学习模型建立和优化等全流程任务。通过运用“小来”系统，团队加速了新材料的发现过程，2个月内就完成了需要验证2000年才能完成的复杂优化工作，利用火星陨石制备出实用的产氧电催化剂。

在化学动力学理论研究方面，AI展现了巨大潜力。化学理论中的分子体系势能面构造存在“指数墙”困难，即计算量会随分子体系中原子个数增长而呈指数级增长。AI神经网络能高效表达复杂的高维函数，解决了这个难题。借助AI，研究团队解决了包含十几个原子的分子体系高精度势能面构造问题。

阿尔法折叠3这种模型为什么能准确预测蛋白质、DNA、RNA、配体等生命分子的结构及相互作用？它通过分析大量的输入和输出数据寻找规律，掌握分子间相互作用的力、角度等参数，再模拟出现实情况，预测可能的情况。

然而，要担负起“从0到1”的创新任务，AI仍面临巨大挑战。一方面是化学数据的质量与可用性问题。现有模型往往难以高效表征、难以整合不同模态数据里的信息。化学研究还需AI具备更高阶的推理能力，以完成化学反应预测、分子逆向设计、多步合成路径规划等任务。另一方面是AI化学知识储备问题。现有算法多为“黑箱式”模型，融入的化学知识不够。换句话说，要拿下“化学博士学位”，AI还需“垂直发力”。

随着技术的不断发展，自动化实验室和智能实验平台正在成为化学研究的新趋势。根据QYR（恒州博智）的统计及预测，2023年全球自动化研发实验室服务市场销售额达到了38亿美元，预计2030年将达到212.5亿美元，年复合增长率（CAGR）为27.7%。

自动化实验室的主要产品类型包括智能数据处理系统、自动化实验设备和智能化管理与控制系统。主要应用领域为制药行业和材料科学行业。中国市场在过去几年变化较快，预计到2030年全球占比将进一步提升。

数字化工具和人工智能不仅提升了实验的精度和效率，也为未来的科学研究开辟了新的道路。通过这些先进的数字化工具，化学实验和教育正迈向一个新的高度。随着技术的不断发展，我们有理由相信，化学实验的未来将更加智能化、高效化，为人类带来更多的惊喜和突破。