基于跨學(xué)科融合的AI for Science多元化投入機制研究

摘要：當前，人工智能領(lǐng)域的科技研發(fā)與應(yīng)用，取得了諸多驕人的成果。尤其是生成式人工智能工具的廣泛應(yīng)用，使人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究（AI for Science）范式成為現(xiàn)階段引領(lǐng)人工智能研究的一種全新科學(xué)范式——“第五范式”。對此，科技部和國家自然科學(xué)基金委員會正式啟動了“人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究”專項部署工作，基于跨學(xué)科融合的AI for Science的研究紛紛呈現(xiàn)。本文從此角度切入，對AI for Science理論做了簡要概述，分析了跨學(xué)科融合的AI for Science多元化投入的現(xiàn)狀，并針對其中存在的問題，研究了跨學(xué)科融合的AI for Science多元化投入機制。以期通過本文的分析與研究，能夠為這種全新范式的成熟與應(yīng)用提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科融合；AI for Science；人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究

引言

新時代背景下，AI for Science在數(shù)字化和自動化研究領(lǐng)域方面取得了斐然的成績，如對高維數(shù)據(jù)的探究、對復(fù)雜系統(tǒng)的解析以及深度學(xué)習(xí)技術(shù)等方面，都要遠超人類水平，在物理學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域所發(fā)現(xiàn)的知識也逐步轉(zhuǎn)化為多項應(yīng)用成果?？梢哉f，基于跨學(xué)科融合的AI for Science不僅極大地推動了科研創(chuàng)新，更在引領(lǐng)技術(shù)進步的基礎(chǔ)上形成了通用性新范式模式。然而，對于AI for Science所進行的多元化投入方面，卻仍面臨多樣化的挑戰(zhàn)，若應(yīng)對不善會使AI for Science的發(fā)展出現(xiàn)滯后性[1]。因此，對于“基于跨學(xué)科融合的AI for Science多元化投入機制”的研究具有極大的應(yīng)用價值與現(xiàn)實意義。

1. AI for Science 理論概述

AI for Science即人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究，被稱為科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“第五范式”。其作為人工智能發(fā)展的前沿領(lǐng)域，包含合成數(shù)據(jù)、科學(xué)模型、科學(xué)研究閉環(huán)三項要素。與傳統(tǒng)的人工智能研究模式不同，AI for Science更趨向于跨學(xué)科領(lǐng)域的研究與應(yīng)用，為跨學(xué)科的融合進行人工智能的賦能。

2. 跨學(xué)科融合AI for Science多元化投入現(xiàn)狀

2.1 資金分配不足

現(xiàn)階段，雖然我國致力于人工智能領(lǐng)域的科學(xué)研究與發(fā)展，但在各項科研資金的投入方面，仍然較為傾向于傳統(tǒng)科研領(lǐng)域。

一方面，基礎(chǔ)研究資金極為有限。在進行AI for Science項目時，通常需要數(shù)量龐大的算力與數(shù)據(jù)等作為支撐，這些無論是從獲取還是維護角度，所需的資金數(shù)額都是巨大的。現(xiàn)階段，在科研資金的分配上，更傾向于已經(jīng)投入應(yīng)用且有不錯前景的科學(xué)領(lǐng)域。作為新興的跨學(xué)科融合領(lǐng)域，AI for Science在現(xiàn)有科研資金的分配上并不占據(jù)優(yōu)勢。

另一方面，AI for Science所涉及的跨學(xué)科融合，需要跨學(xué)科團隊之間進行協(xié)作[2]，由此也需要為跨學(xué)科團隊之間的溝通交流與協(xié)作投入更多的資金。例如，建立跨學(xué)科的聯(lián)合實驗室、組織各學(xué)科交流與研討的會議活動等，都需要大量資金支持。此外，AI for Science作為新興科研范式，其項目科研周期相對較長，科研成果的未知性較大，且未必會在短期內(nèi)得到收益，也導(dǎo)致此方面的資金分配不足。

2.2 人才短缺及跨學(xué)科能力培養(yǎng)欠缺

首先，復(fù)合型人才短缺。對于AI for Science領(lǐng)域而言，所需要的人才不僅要精通人工智能技術(shù)，還要兼?zhèn)漭^為深厚的科學(xué)背景與底蘊，在對AI for Science未能達到研究深度的階段，這類人才極為緊缺。這就需要專業(yè)人才的多學(xué)科涉獵與深度學(xué)習(xí)，而這無疑需要花費相對較長的培養(yǎng)時間。中國勞動和社會保障科學(xué)研究院發(fā)布的《中國人工智能人才發(fā)展報告（2022）》指出，我國人工智能人才存量數(shù)約為94.88萬人，其中本科占68.2%，碩士占9.3%，博士僅占0.1%。可見，高學(xué)歷復(fù)合型人才更為稀少[3]。

其次，培養(yǎng)模式差異。據(jù)新京報報道，當前，我國已有498所高校開設(shè)了“人工智能”本科專業(yè)，209所高校成功備案或申報“智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)，在一定程度上表明了AI專業(yè)呈現(xiàn)出的大爆發(fā)趨勢[4]。通過對我國高校進行調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段我國高校所采用的人才培養(yǎng)模式主要有三種，分別為“原有專業(yè)+人工智能專業(yè)培養(yǎng)”“新增人工智能專業(yè)培養(yǎng)”“重組原有專業(yè)+人工智能學(xué)院培養(yǎng)”。但在人才培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，這些培養(yǎng)方式不僅缺少科研的領(lǐng)軍人才，更缺少針對人才培養(yǎng)的課程建設(shè)經(jīng)驗。部分高校教師表示，人工智能技術(shù)專業(yè)需要大量的實踐教學(xué)，但大多數(shù)高校所能給予的數(shù)據(jù)算力不足以支撐大規(guī)模的教學(xué)與訓(xùn)練需求，導(dǎo)致相應(yīng)的跨學(xué)科復(fù)合型人才缺乏。

2.3 數(shù)據(jù)共享缺乏安全性

在跨學(xué)科AI for Science項目中，往往會涉及多種形式的數(shù)據(jù)隱私保護情況。例如，生物醫(yī)學(xué)、健康科學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，在進行人工智能融合研究時，會面對用戶的個人身份或健康狀況等隱私信息，若對此類數(shù)據(jù)信息進行共享，則很有可能會導(dǎo)致個人隱私泄露。因此，在保護個人隱私安全性的同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，將成為跨學(xué)科融合中的一大難題?？鐚W(xué)科融合的AI for Science作為全新的研究范式，所產(chǎn)生的各類科研數(shù)據(jù)不僅具有創(chuàng)新性，更具有巨大的商業(yè)價值，因而此類科研數(shù)據(jù)大多涉及知識產(chǎn)權(quán)問題。如何在確保知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，使所共享的數(shù)據(jù)信息仍具有創(chuàng)新性和商業(yè)價值，也成為跨學(xué)科融合的重要問題。

2.4 技術(shù)成熟度偏低

現(xiàn)階段，AI for Science技術(shù)尚處于發(fā)展階段，雖然發(fā)展速度不斷加快，但技術(shù)的成熟度仍然偏低。

一方面，AI for Science不再是單一學(xué)科研究領(lǐng)域的問題，而是多學(xué)科、跨學(xué)科相融合的全新研究領(lǐng)域，因而對復(fù)合型人才及交叉領(lǐng)域人才有極大的需求量。加之AI for Science在算力與數(shù)據(jù)等方面存在挑戰(zhàn)，如數(shù)據(jù)的精準性、數(shù)據(jù)模型構(gòu)建的可解釋性、計算資源等方面，都缺少極為成熟的技術(shù)作為支撐。

另一方面，針對AI for Science所實施的體系化布局尚不完善，雖然在一些基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域中人工智能應(yīng)用愈發(fā)廣泛，但在數(shù)據(jù)的生成、標注、選擇等方面，仍有待精化，由此也導(dǎo)致跨學(xué)科的AI for Science技術(shù)存在成熟度偏低的問題。除此之外，人工智能的可解釋性也是眾多科技人才不斷探索并力求提高技術(shù)成熟度的目標之一。

3. 跨學(xué)科融合的AI for Science多元化投入機制完善措施

3.1 建立專項基金，優(yōu)化資金分配

針對AI for Science多元化投入資金分配不足的現(xiàn)狀，可通過建立專項基金與優(yōu)化資金分配來予以改善。2023年3月，為貫徹落實《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，科技部會同國家自然科學(xué)基金委員會，啟動了“人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究”專項部署工作。其中明確指出，“將推進面向重大科學(xué)問題的人工智能模型和算法創(chuàng)新，發(fā)展一批針對典型科研領(lǐng)域的‘人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究’專用平臺，加快推動國家新一代人工智能公共版圖開放創(chuàng)新平臺建設(shè)，支持高性能計算中心與智算中心異構(gòu)融合發(fā)展”[5]?；诖爽F(xiàn)狀，AI for Science多元化投入資金問題，可借鑒一些?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的AI for Science領(lǐng)域發(fā)展措施，建立專項基金。例如，2021年，上海市科學(xué)技術(shù)委員會首次推出“基礎(chǔ)研究特區(qū)”制度，分別在復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院上海分院設(shè)立“特區(qū)”，并以5年為一個周期，每年為這些“特區(qū)”投入2000萬元，致力于交叉融合領(lǐng)域的科學(xué)探索[6]。除此之外，仍須實施多項步驟予以完善，如依照國家的戰(zhàn)略發(fā)展方向和前沿科技研發(fā)趨勢，明確AI for Science專項基金的研究領(lǐng)域及目標。在此基礎(chǔ)上，制定與之配套的資金管理與分配機制，以此確保AI for Science專項基金能夠應(yīng)用于相關(guān)跨學(xué)科領(lǐng)域技術(shù)的研發(fā)[7]。同時，聘用人工智能領(lǐng)域?qū)＜医ｍ椈饘＜椅瘑T會，對專項基金的應(yīng)用進行公開與透明的評審與監(jiān)督。這種專項基金將使AI for Science項目專款專用，形成更為公平、公正化的項目評估與資金分配體系。

3.2 跨學(xué)科教育+產(chǎn)學(xué)研合作

為改善跨學(xué)科融合的AI for Science投入問題，可通過加強高?？鐚W(xué)科教育及培養(yǎng)，并采用產(chǎn)、學(xué)、研合作模式予以解決。對此，高校除設(shè)立人工智能技術(shù)專業(yè)外，還應(yīng)針對AI for Science的實踐應(yīng)用特征，開設(shè)多樣化的跨學(xué)科課程，使人工智能與多種科學(xué)領(lǐng)域進行交互、交叉與融合。針對高校人才培養(yǎng)方向的不同，可在結(jié)合自身學(xué)科優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，構(gòu)建與AI for Science相匹配的人工智能課程體系。針對AI for Science跨學(xué)科領(lǐng)域的關(guān)鍵性核心技術(shù)，實施有針對性的高端人才培養(yǎng)計劃。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)加強高校人工智能方面的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與交叉微專業(yè)構(gòu)建，以此提升并優(yōu)化高校在人工智能方面的算力資源，并分配好智能算力和通用算力之間的配比。

在產(chǎn)學(xué)研合作方面，要強化政府職能部門、高校、企業(yè)之間的溝通與交流[8]。一方面，建立針對人工智能人才培養(yǎng)目標的引導(dǎo)機制與互動機制。高校和企業(yè)進行人工智能技術(shù)專業(yè)課程的協(xié)同開發(fā)，并在合作企業(yè)內(nèi)設(shè)立實訓(xùn)基地。高校與企業(yè)通過工學(xué)交替、定向培養(yǎng)等方式，為企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的細分環(huán)節(jié)輸送專業(yè)性人工智能技術(shù)人才。另一方面，應(yīng)由政府職能部門牽頭，建設(shè)一批適用于高校與企業(yè)的人工智能產(chǎn)教融合創(chuàng)新實驗室，將企業(yè)較為成熟的人才培養(yǎng)模式納入高?？鐚W(xué)科教育和產(chǎn)學(xué)研合作模式，為完善AI for Science的多元化投入機制奠定人才基礎(chǔ)。

3.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)共享平臺，加強數(shù)據(jù)保護

跨學(xué)科融合AI for Science的數(shù)據(jù)共享安全問題，是全社會乃至全世界共同面臨的問題。為此，需要政府職能部門與科研機構(gòu)共同構(gòu)建可供數(shù)據(jù)共享的平臺。

一方面，加強數(shù)據(jù)安全和對個人隱私的保護。通過制定數(shù)據(jù)使用規(guī)范，利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)、匿名處理技術(shù)等，保障共享數(shù)據(jù)的安全性，并確保個人隱私不會因數(shù)據(jù)共享而泄露。

另一方面，要促進共享數(shù)據(jù)的開放程度與利用率。d936caae71244a503ce7ec98328e6bbb例如，對于達到準入標準而進入共享平臺的用戶，可通過分享數(shù)據(jù)信息來增加信用等級，當信用等級提升后，可查閱和應(yīng)用開放程度更低、保密等級更高的數(shù)據(jù)信息，在增加共享數(shù)據(jù)信息利用率的同時，也能形成數(shù)據(jù)共享的良性循環(huán)。

3.4 加強技術(shù)研發(fā)，構(gòu)建轉(zhuǎn)化平臺

一方面，加強技術(shù)研發(fā)。這是為AI for Science提供可解釋性的重要途徑之一。針對現(xiàn)階段跨學(xué)科AI技術(shù)研發(fā)的不成熟性，可從系統(tǒng)工程角度入手，對跨學(xué)科資源加以整合與優(yōu)化，使之形成可協(xié)同、可創(chuàng)新的“學(xué)科生態(tài)系統(tǒng)”。例如，2023年10月第六期CCF秀湖會議，就針對AI for Science提出了跨學(xué)科交流平臺的構(gòu)建意向，并提出要通過量子計算模擬器的開發(fā)，解決傳統(tǒng)計算平臺不足以支撐大規(guī)模算力的問題，如構(gòu)建“量子計算云平臺”等，解決當前GPU算力受限問題[9]。

另一方面，搭建針對跨學(xué)科的技術(shù)轉(zhuǎn)化平臺。該平臺通過對AI+Science的整合，為科學(xué)研究提供多種形式的功能，如數(shù)據(jù)處理、模型訓(xùn)練、學(xué)科融合前景、技術(shù)完善與應(yīng)用等，以此促進科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新[10]。

結(jié)語

AI for Science正處于快速發(fā)展階段，也正在致力于打破學(xué)科壁壘，形成一種全新的科學(xué)研究范式。未來，AI for Science將通過某一模型解決不同科學(xué)領(lǐng)域中的眾多難題，也能通過一種更為普及化的科學(xué)探究范式，使人們都可以參與科學(xué)發(fā)展研究。對于現(xiàn)階段跨學(xué)科融合的AI for Science在多元化投入機制中存在的問題，也必將隨著AI for Science的深度研發(fā)而尋求到更科學(xué)的解決對策。

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[10]楊小康，許巖巖，陳露，等.AI for Science：智能化科學(xué)設(shè)施變革基礎(chǔ)研究[J].中國科學(xué)院院刊，2024，39（1）：59-69.

作者簡介：陸會會，碩士研究生，研究實習(xí)員，luhuihui@shu.edu.cn，研究方向：管理學(xué)；趙志華，碩士研究生，講師，研究方向：美術(shù)史；彭亞新，博士研究生，教授，研究方向：人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究（AI for Science）。