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AI4S · 材料 · MATERIALS

材料研发

材料研发的老办法是「炒菜」:换配方、烧一炉、测性能,一种新材料往往要十年以上。AI 在这里分三层:预测一种晶体结构是否稳定、按目标性质生成新结构、再用机器人实验室自动合成并表征。

这个方向的特殊之处在于,它有一个相对便宜的计算验证器——密度泛函理论(DFT)计算——所以「预测」这一层扩张得极快;但「预测稳定」到「真的做得出来、真的有用」之间,隔着合成与表征这道慢得多的关。

验证器:验证一个结果要多久、多贵

两级验证器:DFT 计算便宜,可以大规模筛选;合成与表征贵,要实验室。自动实验室的全部意义,就是把第二级验证器变便宜——但它自己的结论也需要被验证(见 A-Lab 的争议)。

SOTA 模型在这里扮演什么

通用大模型开始直接下场做实验设计:DeepMind 的 Co-Scientist 用 Gemini 生成生长配方,在实验室里一次尝试就长出了单层二硫化钼。

ENTRIES · 6 个条目,按成熟度从高到低

代表工作

L3 闭环实验室RSINEW · 2026 年 9 月

A-Lab

劳伦斯伯克利国家实验室 · 2023-11 · 仅演示

伯克利实验室的自动化材料合成实验室:用计算与文献数据规划配方,由机器人合成并表征。

自动实验室的标志性案例,也是最好的反面教材:「新材料」的说法被同行质疑后,论文在 2026 年 2 月作了更正,连标题里的「新材料」都改成了「无机材料」。

争议与局限:伦敦大学学院的 Robert Palgrave 与普林斯顿的 Leslie Schoop 团队分析后认为,这批化合物中没有真正意义上的新材料,自动化的 X 射线衍射解析也存在误判。这是「自动实验室的结论也需要验证器」的现成例子。

事实与来源
  • 原始主张2023 年 11 月发表于《自然》,称在 17 天内合成了 41 种新化合物Nature 624, 86–91 (2023)
  • 更正作者更正称「新」指的是对预测平台而言是新的,而非对科学而言;在 40 例报告的成功中,36 例结论正确、4 例无法判定Nature 650 (2026-02-05) 作者更正 s41586-025-09992-y
  • 其他改动另有一种化合物(Zn₂Cr₃FeO₈)因被误纳入训练数据而从讨论中移除Nature 作者更正 s41586-025-09992-y
论文
L3 闭环实验室SOTA 模型NEW · 2026 年 9 月

Periodic Labs 自动实验室

Periodic Labs · 2025-09 · 仅演示

由 ChatGPT 共同创造者与前 DeepMind 材料负责人创办,把 AI 科学家与自动实验室连成闭环,北极星目标是高温超导体。

资本投入最重的「AI 科学家 + 自动实验室」公司;截至本期没有公开发表的材料发现,只能标官方口径。

事实与来源
  • 创始团队Liam Fedus(ChatGPT 共同创造者、前 OpenAI 研究副总裁)与 Ekin Dogus Cubuk(前 DeepMind 材料与化学负责人)官方口径
  • 融资2025 年种子轮 3 亿美元官方口径(a16z 投资公告)
官方
L2 设计模型NEW · 2026 年 9 月

MatterGen

微软研究院 · 2025-01 · 开放权重

按目标性质直接生成无机晶体结构的扩散模型,与微软的模拟器 MatterSim 配套。

从「筛选」跨到「按需生成」,并有一例实验合成;但只有一例,离常规流程还远。

事实与来源
  • 实验验证以体模量 200 GPa 为目标生成并合成了新材料 TaCr₂O₆,实测体模量 169 GPa,相对误差低于 20%Nature (2025), s41586-025-08628-5
论文代码
L1 预测模型NEW · 2026 年 9 月

GNoME

Google DeepMind · 2023-11 · 开放权重

用图神经网络预测晶体是否稳定,把已知稳定无机晶体的数量扩大了一个数量级。

把「预测稳定」这一层做到了极致;但「稳定」不等于「做得出来」也不等于「有用」,这之间的距离是材料 AI 的核心问题。

争议与局限:有材料学者指出,大量预测结构只是已知结构的元素替换,化学上的新颖性有限;「新材料」这个说法在材料学界有争议。

事实与来源
  • 规模发现 220 万种新晶体结构,其中约 38 万种被预测为最稳定、最有希望合成的候选Nature 624, 80–85 (2023)
论文
L1 预测模型NEW · 2026 年 9 月

MatterSim

微软研究院 · 2024-05 · 开放权重

覆盖整个周期表的机器学习原子间势,用来代替昂贵的第一性原理计算做材料模拟。

把材料的第一级验证器(DFT 计算)变便宜:同一个模型跨元素、跨温度压力可用,是生成模型之后的筛选工具。

事实与来源
  • 论文适用温度 0–5000 K、压力最高 1000 GPa,从大规模第一性原理计算中主动学习得到arXiv:2405.04967
  • 开放状态MIT 协议开放代码与模型github.com/microsoft/mattersim
论文代码
L1 预测模型NEW · 2026 年 9 月

UMA

Meta AI(FAIR) · 2025-06 · 开放权重

Meta FAIR 的通用原子模型家族,一个模型同时覆盖分子、材料与催化剂。

原子模拟也开始讲规模定律:用约 5 亿个三维结构训练,跨化学领域通用;但仍是预测层,离设计与闭环还远。

事实与来源
  • 论文训练数据约 5 亿个不重复的三维原子结构,覆盖分子、材料、催化剂;给出模型容量与数据规模的经验规模定律arXiv:2506.23971
论文
FROM THE ENGINES · 两个引擎递过来的

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它一行动力学预测能力都不提供,但它降低的恰恰是能力矩阵「真实世界」那一列最贵的东西——把模型接到真机上的成本。
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