使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)可以讓配方師顯著縮小可能性范圍，從而節(jié)省時(shí)間進(jìn)行更多創(chuàng)新。

人們對(duì)人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 的潛力有著濃厚的興趣。人們對(duì)人工智能的擔(dān)憂幾乎與對(duì)人工智能的擔(dān)憂不相上下。圍繞人工智能存在諸多疑問(wèn)，其中之一是如何利用人工智能造福工業(yè)。企業(yè)正在慢慢發(fā)現(xiàn)其潛力。

人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 到底是什么？

人工智能 (AI) 是一個(gè)廣泛的領(lǐng)域，旨在創(chuàng)造能夠模仿人類智能的機(jī)器。而機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 是人工智能的一個(gè)子集，專注于使機(jī)器能夠從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，并在無(wú)需明確編程的情況下提升其性能。

邁阿密大學(xué)工程學(xué)院實(shí)踐教授、產(chǎn)品設(shè)計(jì)碩士課程主任兼化學(xué)、環(huán)境與材料工程本科課程主任薩米烏爾·阿明 (Samiul Amin) 一直處于人工智能的前沿。他指出，雖然人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)是目前備受關(guān)注的領(lǐng)域，但它們并非完全是新技術(shù)。

“人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)是從存在已久的專家系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，”阿明說(shuō)道。 “在研發(fā)、質(zhì)量控制、流程優(yōu)化和制造業(yè)的預(yù)測(cè)性維護(hù)，以及醫(yī)療保健領(lǐng)域的診斷和治療計(jì)劃等領(lǐng)域，已經(jīng)出現(xiàn)了可以指導(dǎo)儀器進(jìn)行特定測(cè)量的專家系統(tǒng)。

人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)從專家系統(tǒng)（其性能取決于最初編入其中的知識(shí)）進(jìn)化到如今的人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過(guò)不斷學(xué)習(xí)新數(shù)據(jù)，你可以獲得更高層次的洞察和指導(dǎo)，”Amin 指出。

“人工智能的普及進(jìn)展緩慢，人們并不知道如何有效地使用它，”他補(bǔ)充道。“利用人工智能進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，你可以調(diào)整配方以實(shí)現(xiàn)某些性能特征，并將其提升到如果不進(jìn)行數(shù)百次實(shí)驗(yàn)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)的水平。”

油墨和涂料公司如何在配方中使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)

具體來(lái)說(shuō)，人工智能可以通過(guò)多種方式使涂料和油墨制造商受益。配方是人工智能的理想領(lǐng)域；Amin 教授與 Yelena Yesha 教授（邁阿密大學(xué) Knight 基金會(huì)數(shù)據(jù)科學(xué)和人工智能講座教授）共同創(chuàng)立了 FastFormulator Inc. 公司，該公司在其學(xué)科中利用化學(xué)智能（人工智能/深度機(jī)器學(xué)習(xí)/配方科學(xué)的結(jié)合）。

“我們最近為一家大公司研究可持續(xù)的油墨配方，”Amin 說(shuō)。“我們正在研究可生物降解的配方。一個(gè)重要的領(lǐng)域是油墨的流動(dòng)方式。例如，對(duì)于圓珠筆，油墨的流動(dòng)方式?jīng)Q定了油墨在紙上的流動(dòng)，并會(huì)影響顏色強(qiáng)度和書(shū)寫(xiě)質(zhì)量。這取決于粘度和流變性。

“如果一家公司想要?jiǎng)?chuàng)造一種全新的可持續(xù)油墨或涂料配方，就必須重新開(kāi)始，”Amin 繼續(xù)說(shuō)道。“你不能讓油墨的顏料沉淀下來(lái)；必須將它們懸浮起來(lái)以確保顏色均勻。噴涂油漆也是一樣；你必須確保涂層配方保持穩(wěn)定，噴涂有效，不會(huì)堵塞噴嘴，并且獲得良好均勻的覆蓋率和良好的色彩強(qiáng)度。”

Amin 指出，使用傳統(tǒng)的重新配方工作非常耗時(shí)且耗費(fèi)資源。

“配方中有幾種成分可以控制表面特性、流動(dòng)特性和穩(wěn)定性，”他指出。“優(yōu)化配方需要進(jìn)行多次測(cè)試，一次改變一種成分，直到獲得正確的混合。 對(duì)于噴墨打印，流動(dòng)速度非常高（高剪切速率），這一點(diǎn)非常重要，你必須確保優(yōu)化的流動(dòng)特性并避免顏料堵塞。 人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)可以大大加快這個(gè)配方優(yōu)化過(guò)程。 你不用做 100 次實(shí)驗(yàn)，而是可以減少到 10 次甚至 5 次。”

配方中還有更多因素。新法規(guī)可能會(huì)生效，從而改變?cè)试S成分的供應(yīng)。FastFormulator 還使用人工智能來(lái)保持最新?tīng)顟B(tài)，以及知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 和專利信息。

“人工智能還可以監(jiān)控任何監(jiān)管或合規(guī)方面的變化，”Amin 指出。“然后，人工智能可以為您提供允許的替代品。當(dāng)新法規(guī)生效時(shí)，通常不是一對(duì)一的替代，這會(huì)耗費(fèi)大量人力。它還可以幫助監(jiān)控知識(shí)空間，并幫助您在不同行業(yè)中找到類似的配方，從而為公司帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。”

利用人工智能創(chuàng)作新的墨水或繪畫(huà)

Amin 舉了一個(gè)開(kāi)發(fā)新型可生物降解油墨或涂料的例子。

“油墨或涂料需要顏料、乳化劑和聚合物，這些都必須是可生物降解的，”他說(shuō)道。“所有這些成分傳統(tǒng)上都基于石油，但現(xiàn)在你希望它們?nèi)縼?lái)自植物或生物基來(lái)源。如果我是一家涂料或油墨公司，我該怎么做？”

“現(xiàn)在有很多供應(yīng)商提供多種可生物降解聚合物、乳化劑、顏料和染料的選擇，”Amin 繼續(xù)說(shuō)道。那么，您如何知道哪一種材料能夠達(dá)到客戶期望的性能呢？這是一個(gè)不斷發(fā)展的領(lǐng)域，新的環(huán)保材料選擇層出不窮。如果您是像阿克蘇諾貝爾、宣偉或PPG這樣的大型涂料公司，您的客戶對(duì)您的品牌有一定的期望。您可以選擇各種新型環(huán)保材料，并按正確的比例進(jìn)行組合，才能達(dá)到預(yù)期的性能。每種組合都需要進(jìn)行測(cè)試，這可能需要數(shù)月甚至數(shù)年的時(shí)間。Amin表示，借助人工智能，配方師可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成這些組合。

“您將成分輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)提供建議，”Amin補(bǔ)充道。“它可能會(huì)為您提供五種最佳的配方。您仍然需要測(cè)試這些配方，但現(xiàn)在您已經(jīng)有了一個(gè)優(yōu)化的起點(diǎn)。”

除了化學(xué)配方、法規(guī)合規(guī)性和知識(shí)產(chǎn)權(quán)監(jiān)控之外，F(xiàn)astFormulator還可以定制以處理其他任務(wù)。

“我們的主要專業(yè)領(lǐng)域是人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)，以及在配方/膠體科學(xué)、流變學(xué)、表面活性等領(lǐng)域的深厚科學(xué)專業(yè)知識(shí)，”Amin 指出。“我們的首款產(chǎn)品是化學(xué)智能模型，它可以優(yōu)化正確的材料組合。我們也可以涉足制造環(huán)節(jié)，因?yàn)槟惚仨毚_保加工（混合/泵送/管道流動(dòng)）的準(zhǔn)確性。我們還有第二個(gè)關(guān)于合規(guī)性和法規(guī)的人工智能模型，它可以收集實(shí)時(shí)信息。第三個(gè)模型負(fù)責(zé)監(jiān)控知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利。

“我們還可以定制這些產(chǎn)品，”他補(bǔ)充道。“我們采用訂閱模式，持續(xù)更新模型和法規(guī)，并添加新的成分。我們還為沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室的中小型公司提供人工智能服務(wù)，因?yàn)槲覀儞碛性O(shè)備齊全的配方實(shí)驗(yàn)室，可以利用我們的人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)和配方實(shí)驗(yàn)室為他們定制產(chǎn)品配方。”

“我們已經(jīng)完成了定制油墨配方，并與油漆和涂料行業(yè)的化學(xué)品供應(yīng)商合作，”Amin 說(shuō)道。“我們?yōu)橄M(fèi)品行業(yè)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用進(jìn)行配方開(kāi)發(fā)。”有趣的是，乳液、表面活性劑/聚合物混合物、流動(dòng)特性、表面特性和穩(wěn)定性方面的基礎(chǔ)科學(xué)是相同的。”

對(duì)人工智能的擔(dān)憂

人們對(duì)人工智能的使用存在一些合理的擔(dān)憂。人們擔(dān)心失業(yè)，而且人們認(rèn)為人工智能可以自行決策。阿明表示，這種擔(dān)憂毫無(wú)根據(jù)。

“目前，人們對(duì)人工智能存在一定的猶豫，”阿明說(shuō)道。“人們對(duì)人工智能的功能了解不多。關(guān)鍵在于要理解人工智能是一種可以幫助我們提高生產(chǎn)力的工具。你必須了解這個(gè)工具的功能。如果沒(méi)有我們的指導(dǎo)，工具什么也做不了；我不認(rèn)為人工智能會(huì)自己去創(chuàng)造東西。

“它的使用效果如何是一個(gè)問(wèn)題——它仍然需要證明自己的價(jià)值，而只有得到有效的應(yīng)用，它才能展現(xiàn)其價(jià)值，”阿明補(bǔ)充道。“最近的一項(xiàng)研究表明，只有6%的大公司采用了人工智能，而其他公司仍在努力了解它能做什么。我們看到很多初創(chuàng)企業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)，但他們也不了解人工智能的真正價(jià)值。”你必須以正確的方式使用人工智能，濾除噪音，并通過(guò)融合人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)/配方-膠體-材料科學(xué)來(lái)發(fā)現(xiàn)真正的價(jià)值。

“人工智能是一種工具，需要被采用——人們害怕改變，如果我們正在做的事情有效，為什么還要改變呢？這是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槿藗兛咕芨淖?。關(guān)鍵不在于修復(fù)流程，而在于加速流程。重復(fù)性行為并非我們智力的最佳利用方式。人工智能讓我們更具創(chuàng)新性。公司需要為未來(lái)預(yù)留一些資源，以便有效地采用人工智能。人工智能需要文化變革和思維方式變革，而這很難實(shí)現(xiàn)。教育必須發(fā)揮關(guān)鍵作用。

最終，Amin 看到了人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)在油墨和涂料配方方面的巨大機(jī)遇。

“人工智能將顯著加快產(chǎn)品上市時(shí)間，”Amin 總結(jié)道。“你節(jié)省的時(shí)間是一種機(jī)會(huì)成本，它能讓你更快、更有效地推出創(chuàng)新產(chǎn)品。”