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GNoME发威!AI助力寻找下一代电池所需新材料

来源:今日观察者 科技

GNoME发威!AI助力寻找下一代电池所需新材料

文 | 字母AI

亚马逊创始人杰夫·贝索斯再次出手,注资了一家人工智能企业。

这一次,他的目光锁定在一个核心命题上:AI能否协助人类发掘出下一块“硅”。

7月20日,英国专注于AI材料研发的企业CuspAI宣布完成4.5亿美元B轮融资,公司估值由此攀升至26亿美元。

本轮融资由Kleiner Perkins与New Enterprise Associates(NEA)领衔投资。参与方阵容庞大,涵盖贝索斯旗下的Bezos Expeditions、获英国政府支持的主权AI基金,以及AMD Ventures、三星投资等知名机构。

在AI原生企业群体中,26亿美元的估值虽非孤例,但对于一家成立不足两年的垂直科学领域公司而言,这一数字显得尤为耀眼。

若将当前主流AI竞争的焦点归结为大模型与Agent的博弈,CuspAI则指向了一条截然不同的路径:

让AI从单纯处理已有信息,转向协助人类探索未知领域。

人类对新材料的追寻从未止步

若将工业文明的演进浓缩为一句话,它便是一部不断寻找新素材的历史。

青铜器的出现开启了青铜时代,钢铁支撑起工业革命,硅芯片缔造了计算机世界,而锂电池则推动了新能源汽车的浪潮。

每一次重大的产业跃迁,背后几乎都有一种关键材料作为基石。

时至今日,人类仍在寻觅那块能定义下一个时代的“硅”。

过去数十年,半导体行业依靠硅不断微缩晶体管尺寸,推动计算性能持续迭代。然而,随着制程逼近物理极限,行业视线逐渐转向新型半导体材料、互连材料及先进封装技术,试图在此中寻找下一代突破点。

新能源领域同样面临瓶颈。相较于目前广泛应用的液态锂电池,固态电池被视为有望同时提升安全性、能量密度及续航能力的潜在方案。但从丰田、QuantumScape到宁德时代,行业迟迟未能迎来大规模商业化落地。

今年,仅在固态电解质发现这一细分领域,学术界便接连发表《Breaking Bottlenecks in Solid Electrolyte Discovery with Large Artificial Intelligence Models(利用大模型突破固态电解质发现瓶颈)》与《Machine Learning Pipelines for the Design of Solid-State Electrolytes(用于固态电解质设计的机器学习流程)》等多篇综述论文。

催化剂、航空航天、先进制造及环保等行业亦难以置身事外。

为去除PFAS(全氟和多氟烷基物质)这类几乎无法自然降解的“永久性污染物”,研究人员仍在持续搜寻效率更高、成本更优的新型吸附材料;数据中心算力需求的激增,也让散热材料成为影响能耗的关键变量。

越来越多行业意识到,工程能力正飞速进步,但材料层面的突破却日益迟缓。

原因显而易见:寻找新材料并非像在数据库中检索答案那般简单。科学家通常需先提出假设,设计材料结构,进而进行计算模拟与实验验证,最后依据结果反复调整方案。一次失败,往往意味着从头再来。

此外,材料世界的可能性近乎无限。

一种材料的性能,不仅受元素组成制约,更与原子排列、晶体结构、缺陷状态及制造工艺紧密相关。即便细微的变化,也可能导致截然不同的结果。

面对如此庞大的搜索空间,仅凭经验与实验逐一摸索,已越来越难找到真正具备价值的新材料。

于是,一个新思路应运而生:

材料研发中最耗时费力的,或许并非实验本身,而是在无数种可能性中,甄别出那几个值得投入实验的候选方案。

而这,正是AI最擅长的领域。

在此背景下,一批专注AI材料发现的新兴公司开始受到资本青睐。

CuspAI的这轮融资,便是最新案例。资本正为一种新的可能性下注:下一块“硅”,或将诞生于AI驱动的材料研发体系之中。

贝索斯为何看好这家公司?

CuspAI成立于2024年,总部位于剑桥,是一家英国背景的AI材料公司。

公司由两位背景互补的创始人共同创立。CEO Chad Edwards曾参与创办量子计算公司Cambridge Quantum Computing(CQC),并推动其与霍尼韦尔量子业务合并,组建如今的Quantinuum;联合创始人Max Welling则是机器学习领域的重量级学者,曾任微软研究院杰出科学家,也是经典论文《Auto-Encoding Variational Bayes》的作者之一,在生成模型领域享有盛誉。

传统材料研发多始于一种已知材料。科学家先设计新结构,再通过计算模拟和实验测试其性能;若效果不佳,便调整结构重来。

CuspAI开发的MIRA系统,旨在改变这一流程。

它采用“逆向设计(Inverse Design)”逻辑:研究人员无需预先构思“应设计何种材料”,而是先设定目标——例如更高的导电性、更强的耐高温性或更低的制造成本——随后由AI反向生成可能满足这些要求的材料结构,并预测其性质,从而帮助科学家筛选出最值得验证的候选方案。

换言之,它并非替代科学家完成实验,而是希望让他们将更多精力集中于验证最有潜力的材料,而非在海量可能中盲目试错。

不过,截至目前,CuspAI尚未交出一份足以震撼行业的完美答卷。

它未像Google DeepMind的GNoME那样公布具有代表性的新材料,也未宣布某款AI设计的新材料已实现产业化。

目前,CuspAI最接近商业验证的案例之一,是协助芬兰化工企业Kemira寻找去除PFAS污染物的新材料。公司透露,MIRA曾从约300万亿种潜在材料结构中筛选候选方案,最终缩小至20种进入进一步开发,但这些候选材料目前仍处于后续验证阶段,尚未公布商业化成果。

那么问题来了:一家尚未交出决定性成果的AI公司,何以获得26亿美元的估值?

一个细节或许值得玩味。

7月20日,CuspAI公布的不仅是4.5亿美元B轮融资,还同步宣布成立AI Materials Foundry。

本轮融资由Kleiner Perkins和NEA领投,贝索斯旗下Bezos Expeditions、AMD Ventures、三星风险投资等机构跟投;与此同时,AI Materials Foundry已汇聚超过45家合作伙伴,包括英伟达、Meta、Applied Materials、现代汽车集团等企业。

这份名单横跨AI、半导体、先进制造、汽车及材料行业。

有人提供算力和芯片,有人掌握制造能力,有人拥有真实的工业需求,也有人能承担后续实验与产业验证。

名单的意义不仅在于CuspAI拉拢了多少伙伴,更在于它让资本看到了一个远大于单项材料研发的市场空间。

一家传统材料公司的价值,通常取决于其能否做出某种材料、拿下多少订单;而CuspAI试图覆盖的,是从需求提出、候选生成、性能预测、完成验证直至进入产业应用的全链条。

一旦该模式跑通,芯片、汽车、电池、化工、航空航天等所有依赖材料进步的行业,都可能成为其服务对象。

这正是26亿美元估值背后的想象空间:CuspAI有望从一家寻找新材料的公司,蜕变为多个产业共用的研发平台。

AI Materials Foundry,以及英伟达、Meta、Applied Materials、现代汽车等企业的加入,为这种想象提供了现实支点。这表明CuspAI正在将模型、算力、产业需求与实验能力整合至一个协同网络中,也让投资者相信,自己有机会参与这套基础设施的建设。

若未来材料研发逐渐演变为一种新型协作模式——AI负责生成候选,产业提出需求,算力完成模拟,实验室负责验证,那么决定竞争力的,将不再仅是某一家公司的研发实力,而是谁能够嵌入这套体系,与更多参与者共同完成研发。

26亿美元,定价的是CuspAI成为材料研发平台的可能性。

这份估值固然建立在尚未兑现的未来之上,但在AI材料领域,资本愿意提前买单的,恰恰是这条链条一旦贯通后可能覆盖的巨大市场。

AI是否已找到新材料?

CuspAI并非首家试图用AI重构材料研发的企业。在此之前,Google DeepMind已证明AI可将材料搜索扩展至以往难以想象的规模;MatNex开始围绕具体工业需求定制材料;Orbital则进一步将材料模型推向真实工业场景。

这些玩家选择了不同路径,也共同回应了一个问题:AI材料发现究竟走到了哪一步?

Google DeepMind是其中最受瞩目的代表。

如果说AlphaFold让AI涉足生命科学,那么GNoME(Graph Networks for Materials Exploration)则是DeepMind探索材料科学的重要尝试。

2023年,Google DeepMind发布GNoME项目。该系统利用图神经网络预测晶体结构的稳定性,共发现超过220万种潜在晶体结构,其中约38万种被预测为稳定材料,相当于将人类已知稳定材料的数量扩大了近十倍。

其中包括528种潜在锂离子导体,数量约为此前同类研究成果的25倍,为下一代电池提供了更多候选方案。

传统材料数据库主要源自过去的计算与实验积累,研究者通常在已被人类记录的范围内寻找规律,而GNoME展示了另一种可能:AI可根据所学材料规律,主动探索尚未进入数据库的晶体结构。

但计算机预测材料稳定,并不意味着其能在现实中制造出来。

为验证这些预测并非仅停留在计算机中,DeepMind随后与劳伦斯伯克利国家实验室合作。后者建设的A-Lab系统可利用算法生成实验方案,控制机器人完成材料配比、加热和检测,最终成功合成了40多种新材料。

不过,GNoME主要解决的仍是“哪些晶体结构可能稳定”。稳定不等于实用,能够合成也不等于具备更优的导电性、磁性、耐热性或更低制造成本。距离真正进入工业生产,中间仍隔着性能验证、工艺开发和规模化制造。

如果说DeepMind回答的是“AI能否找到新材料”,那么MatNex更关注另一个问题:AI能否按产业需求设计材料。

MatNex原名Materials Nexus,成立于2020年,是一家从剑桥大学孵化的深科技公司。

与CuspAI类似,Materials Nexus也采用“逆向设计”路线:根据目标性能需求,利用AI寻找可能满足要求的新材料,而非依靠传统实验方式逐一试错。

公司最早切入的方向之一是无稀土永磁材料。

稀土永磁体广泛应用于新能源汽车、电机和风力发电,但高度依赖特定稀土资源与供应链。2024年,MatNex宣布,其AI平台从超过1亿种候选组合中筛选并设计出无稀土永磁材料MagNex。

该材料从设计、合成到测试仅用时3个月,相比传统工业材料研发周期大幅缩短。公司预计,MagNex成本可达到传统稀土磁体的约20%,同时可减少70%的材料碳排放。

此案例比单纯预测一种材料更进一步——它围绕明确的工业需求,完成了从设定目标、算法筛选,到实验合成和性能测试的全流程。

AI的价值因此不再仅是“发现更多可能”,还能帮助研发团队更快锁定一组值得被制造出来的答案。

但MagNex被成功合成,并不等同于已完成商业化。它证明了AI可缩短早期研发周期,但其能否将这种速度延伸至规模化生产,仍有待观察。

AI材料赛道的另一位典型玩家,同样来自英国。

Orbital Materials成立于2022年,总部位于伦敦,后更名为Orbital Industries。

Orbital最初选择了一条与DeepMind相似的“AI for Science”路线:训练能够理解原子结构、材料性质和物理规律的基础模型,再利用这些模型预测材料性能、筛选候选结构。

2024年,公司发布材料模拟模型Orb,并开放相关模型,希望降低研究者进行原子级材料模拟的门槛。

但随着业务推进,其重心逐渐从材料发现转向工业应用,开始围绕能源、碳捕获和AI基础设施设计具体方案。

其中一项工作,是利用AI设计用于直接空气捕集的多孔CO₂吸附材料,并尝试将其部署到数据中心。公司称,自2024年建立实验室以来,这种材料的性能已提升约10倍。

Orbital关注的已不仅是能否找到性能更优的材料,还包括这些材料如何进入具体设备和工业场景。材料模型由此成为解决实际问题的起点,而非最终产品。

这也让Orbital越来越像一家AI工业公司:材料发现仍是其核心能力,但最终出售的可能不只是模型或材料,而是一套围绕具体工业问题设计的解决方案。

从Google DeepMind到MatNex、Orbital和CuspAI,AI材料领域已浮现几条不同的发展路线。

DeepMind试图扩大人类可探索的材料空间;MatNex围绕明确需求,将AI设计推进至合成和测试;Orbital把材料模型嵌入碳捕获和数据中心等具体场景;CuspAI则希望将模型、算力、实验和产业伙伴组织成一套可被多行业使用的研发平台。

这些进展表明,AI材料发现并非完全基于概念。

AI已能预测过去未被记录的晶体结构,也已助研究者合成出新材,甚至开始围绕具体工业需求缩短设计和测试周期。

但无论选择哪条路线,它们都必须面对同一道难题:AI找到一种可能存在材料,并不等于人类已拥有一种可使用材料。

从计算预测到实验合成,从实验样品到稳定制造,再到规模化应用,每一步都可能淘汰大量候选方案。自然世界不会因模型能力提升而改变验证规则。

因此,AI目前最明确的价值,仍是缩短搜索过程,将有限的实验资源留给更有希望的方向。

它能让“大海捞针”变得更快,却还不能保证被捞起的那根针,最终能撑起一个新的产业。

下一块“硅”或许会由AI率先找到,但真正定义“下一块硅”的,仍然是现实世界。

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