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第181章 万象
不过虽然周昀在计算机领域名声不小,但是在材料学领域,没人知道他是谁,所以常常碰壁。
这也让周昀不得不转变思路,“既然现有的数据不可靠,路径依赖严重,那就自己开闢一条新路。”他的性格里,从来就不缺乏独立解决问题的决断力。
自己动手,丰衣足食,既然数据驱动的方法不可行,那就尝试做出一个真正的虚擬实验室。
他的想法是通过强大的人工智慧技术,搞出来一个超高保真材料物理引擎,然后通过这个物理引擎来模擬材料的组合等等,它不仅要模擬材料在原子、介观、宏观等不同尺度的行为,更要无缝衔接这些尺度,並精准復现真实实验环境中的各种“噪声”和“不確定性”。
它的目標不是得到一个理想化的理论结果,而是生成与真实世界实验数据在统计意义上无法区分、甚至能预测现实结果的“虚擬实验数据”。
周昀將这个雄心勃勃的项目命名为“万象”,寓意“包罗万象,模擬万物”
,在数字世界中重构物质的一切可能性。
这是一项需要从底层原理重构的复杂系统工程,所以他採取了分层推进、双轮驱动的策略。
周昀为“万象”引擎设计了一个核心架构,他称之为“多层动態耦合框架”。
该框架一共分成三层,第一层主要基於密度泛函理论等量子力学方法,负责计算电子结构、原子间相互作用势,它不直接用於大尺度模擬,而是为上层模型提供最关键的输入参数,周的的工作是优化这些计算的效率和精度,確保一切基础的稳固。
而第二层则是將ndn架构的动態生长与演化能力植入其中,模擬伊始,系统会从一个相对简单的初始原子构型出发,构建一个初始的ndn网络,节点可以代表原子团、晶格点,连接代表相互作用。
隨著模擬的进行,网络会根据局部区域的物理场自发地进行“生长”或“修剪”。
在高梯度、关键区域,网络会“长出”更多节点和连接,自动切换到更高精度的模擬模式;
在均匀、稳定的区域,则保持较粗的粒度,採用计算效率更高的元胞自动机或相场法。
不同尺度区域之间的信息传递,不再是生硬的边界条件强行耦合,而是通过n
dn网络內部的动態信息流来完成。
高精度区域的计算结果会作为“指导信號”,动態地影响和修正粗粒度区域的演化,形成一个有机的整体。
第三层则负责將核心层模擬出的原子构型、微观组织,翻译成与真实实验表徵手段输出几乎一致的结果。
周昀编写了虚擬的x射线衍射仪、电子显微镜等模块,这些模块能基於模擬出的微观结构,计算出对应的xrd图谱、sem图像,连背底噪声、衍射峰宽化效应等都根据设备模型完美復现。
而关键一步就是“污染”数据,周昀特意在此层加入了“现实噪声注入模块”。
这包括:模擬设备测量误差、环境振动导致的信號波动、原料批次间的微小差异、甚至模擬操作员记录数据时可能產生的捨入误差。
这些噪声並非隨机添加,而是基於他对真实实验流程的深刻理解,建立的隨机模型。
但是仅有架构还不够,如何让这个引擎变得“逼真”才是关键。
首先,他自己搞了一间小实验室,这点钱对他来说根本不算什么,他选择了几种典型的模型材料体系,在实验室中进行了成百上千次严格標准化的实验,记录了从原料、工艺到最终结构和性能的全套高精度数据。
这可以看作是“万象”引擎初版模擬结果的“標尺”。
最初,“万象”引擎的模擬结果与真实实验结果必然存在差异。周昀將这些差异数据,连同对应的模擬输入条件一起,餵给了专门调校过的特化模型。
而这个模型相较於其他的模型,多了一份对於本质的理解能力,它可以通过强大的算力在儘可能小的尺度下来分析差异来源,agi会提出对“万象”引擎內部数百万个参数的修正建议,或者直接优化ndn
网络的生长策略函数,这个过程是自动化的、持续不断的。“万象”引擎在agi的指导下,通过对比虚擬与现实,进行自我叠代和进化。
经过了几个月的叠代之后,“万象”引擎开始展现出令人震撼的能力。
对於实验室已经验证过的工艺,“万象”引擎不仅能准確预测最终的微观组织和性能,其虚擬出的xrd图谱、sem图像与真实结果的相似度达到了惊人的高度,甚至经验丰富的实验员都难以一眼分辨真假。
周昀开始利用成熟的“万象”引擎进行反向设计。他给agi一个目標:寻找一种在特定温度下强度最高、韧性最好的新型高熵合金成分。
万象在严格物理约束下,生成数万种可能的成分和热处理工艺组合,同时进行了数万次“虚擬实验”,快速评估每种方案的稳定性、相组成和力学性能。
这个过程在几天內完成,成本极低。最终,ag1和“万象”引擎共同筛选出了三种最具潜力的候选方案。
很快,他立刻在他的小型自动化实验室里,开始了验证实验,首先是第一种方案:cr20fe20co20ni20mo20
“万象”预测:该成分在1250°c均匀化退火后快速冷却,会形成单一的面心立方固溶体结构,预测其在800°c下的抗拉强度可达1.2gpa,延伸率超过15%。
周昀从高纯度的金属原料库中,取出铬、铁、鈷、镍、鉬的块体,使用精度达到0.1毫克的精密天平,在超纯氬气保护的手套箱內,严格按照20t.%的比例进行称量。任何微小的偏差都可能影响最终结果,必须一丝不苟。
称量好的原料被小心地放入一台小型水冷铜坩堝真空感应熔炼炉的氧化铝坩堝中。
炉门关闭后,系统启动抽真空程序,將炉腔內的真空度抽至优於5x10—3pa,以最大限度地排除氧气和氮气的干扰。
启动中频感应加热,功率缓慢提升。通过观察窗,可以看到金属块逐渐发红、熔化,最终匯聚成一汪明亮的金属液。感应电流產生的电磁场同时对熔体进行充分搅拌,確保各元素均匀混合,避免成分偏析。熔炼温度维持在比合金预计算熔点高约150°c的温度,並保持10分钟。
熔炼完成后,熔融的合金液被倾倒入预热过的铜模中,快速冷却成型,得到一个直径约20mm,高约50mm的圆柱形合金锭。
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