在各行各業(yè)，設(shè)計(jì)師、化學(xué)家和工程師都在不斷地進(jìn)行假設(shè)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)設(shè)計(jì)合適嗎？這種化合物符合我們的需要嗎？測(cè)試和迭代是研發(fā)的本質(zhì)。醫(yī)藥、科技、航空航天等領(lǐng)域的大公司每年都投入數(shù)十億美元用于研發(fā)。僅通用汽車去年就在新開發(fā)項(xiàng)目上花費(fèi)了超過80億美元。

  我們著眼于新的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、機(jī)器人技術(shù)和3D打印技術(shù)、人工智能算法和AR/VR技術(shù)是如何改變?nèi)f物的，從人才獲取到假設(shè)測(cè)試和產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

  網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)拓寬了人才池

  在高度科學(xué)化的研發(fā)領(lǐng)域，找到高質(zhì)量的專家是最大的挑戰(zhàn)之一。如今，軟件正在幫助企業(yè)挖掘世界各地的人才資源。在數(shù)據(jù)科學(xué)和金融領(lǐng)域，像Kaggle、Quantopian和Numerai這樣的平臺(tái)能夠?qū)⑸形撮_發(fā)的數(shù)據(jù)科學(xué)和金融人才聯(lián)系起來，這讓“量化”工作民主化，也讓他們的合作者得到了補(bǔ)償。這一概念也已經(jīng)隨著制藥研發(fā)的興起而興起，盡管它在其他領(lǐng)域也在發(fā)展。

  像科學(xué)交流這樣的按需供應(yīng)的平臺(tái)，目前正在跨研發(fā)領(lǐng)域工作，并通過外包研發(fā)可以讓企業(yè)迅速解決缺乏人才的問題。但是，即使公司引進(jìn)了更多的人才，假設(shè)測(cè)試的過程仍存在改進(jìn)的空間。縮短迭代時(shí)間的行為可以持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為更快更好的科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)。

  機(jī)器人和3D打印技術(shù)加速了垂直領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)根據(jù)最近的一項(xiàng)產(chǎn)業(yè)調(diào)查，使用3D打印技術(shù)的公司的首要任務(wù)是加快產(chǎn)品開發(fā)。此外，57%的3D打印工作是在新產(chǎn)品開發(fā)的第一階段完成的(即概念驗(yàn)證和原型制作)。

  3D打印已經(jīng)成為任何設(shè)計(jì)工作室的主要內(nèi)容。在訂購數(shù)千個(gè)實(shí)體部件之前，設(shè)計(jì)師們可以通過3D打印來看看未來的產(chǎn)品是什么樣子的。類似地，機(jī)器人技術(shù)正在自動(dòng)化各種垂直領(lǐng)域的試錯(cuò)過程。

  例如，在合成生物學(xué)的研發(fā)領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)對(duì)Zymergen和Ginkgo Bioworks等公司都產(chǎn)生了重大影響。要找到完美的微生物，需要同時(shí)測(cè)試多達(dá)4000種不同的變種，這意味著大量在潮濕實(shí)驗(yàn)室工作。利用自動(dòng)吸管系統(tǒng)和機(jī)器人手臂，液體處理機(jī)器人通過高通量實(shí)驗(yàn)，達(dá)到更快的速度和更少的人為誤差的平衡。下面是機(jī)器人基因測(cè)試儀Counsyl(左)用于樣品的轉(zhuǎn)染的自動(dòng)化測(cè)試和Zymergen的輸液機(jī)器人(右)用于微生物培養(yǎng)的自動(dòng)化測(cè)試。

  人工智能正在加速材料科學(xué)的發(fā)現(xiàn)

  托馬斯·愛迪生以強(qiáng)調(diào)材料科學(xué)是一個(gè)消除的過程而聞名：我沒有失敗過一萬次。我從未失敗過一次。我已經(jīng)成功地證明了這一萬種方法是行不通的。愛迪生的精神在今天的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室中依然存在，盡管研發(fā)的數(shù)字化程度和軟件賦能的程度仍低于人們的預(yù)期。（美國國家科學(xué)院表示，開發(fā)新材料往往是開發(fā)新產(chǎn)品的最長階段)。更好的科學(xué)方法的數(shù)字化對(duì)于開發(fā)新產(chǎn)品和材料，而后進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)至關(guān)重要。

  目前，人工智能初創(chuàng)企業(yè)的投融資最熱門的領(lǐng)域是醫(yī)療保健。因?yàn)槠髽I(yè)利用人工智能開發(fā)藥物。制藥公司正在投入大量資金向追蹤藥物研發(fā)的初創(chuàng)公司(如RecursionPharmaceuticals和twoXAR。而在其他領(lǐng)域取得成功只是時(shí)間問題。

  一家從事化學(xué)和材料科學(xué)的公司Citrine Informatics，在其龐大的材料數(shù)據(jù)庫上運(yùn)行AI，并稱它可以幫助機(jī)構(gòu)組織減少研發(fā)費(fèi)用，并把制造時(shí)間削減一半，這具有里程碑意義。與之相似的是，Deepchem公司開發(fā)了一個(gè)Python庫，將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域。簡(jiǎn)而言之，各個(gè)行業(yè)的制造商——工業(yè)生物技術(shù)、藥品、汽車、電子或其他材料產(chǎn)品——都依賴于機(jī)器人自動(dòng)化和3D打印來保持競(jìng)爭(zhēng)力，并在推出產(chǎn)品時(shí)收緊反饋回路。

  正在開發(fā)或者對(duì)復(fù)雜材料進(jìn)行商業(yè)化的初創(chuàng)公司已經(jīng)在3D打印領(lǐng)域起飛。像Markforge這樣的公司使用碳纖維復(fù)合材料，而像BMF這樣的公司正在開發(fā)具有稀有納米結(jié)構(gòu)和奇異物理特性的復(fù)合材料。當(dāng)然，未來的制造商將可以依靠智能軟件進(jìn)行研發(fā)。

  增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)“抽象”了建模過程

  目前，所有類型的制造商都依賴于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件的原型設(shè)計(jì)。在未來的制造過程中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)可以在研發(fā)中發(fā)揮更大的作用，可以有效地為工業(yè)設(shè)計(jì)師“抽象”出桌面PC，有可能會(huì)削減對(duì)3D打印物理模型的需求。

  Autodesk是一家AutoCAD軟件開發(fā)公司，是未來原型設(shè)計(jì)和協(xié)作技術(shù)的領(lǐng)頭羊。該公司在3D打印等尖端技術(shù)上投入了大量資金，包括與健康人工智能初創(chuàng)公司Atomwise合作開發(fā)一個(gè)“機(jī)密項(xiàng)目”。近來，Autodesk公司對(duì)AR/VR游戲引擎的探索，預(yù)示著沉浸式計(jì)算將在設(shè)計(jì)過程中發(fā)揮更大作用。Autodesk的游戲引擎Stingray已經(jīng)增加了對(duì)HTC Vive和Oculus Rift耳機(jī)的支持。此外，游戲和VR引擎制造商Unity已經(jīng)宣布與Autodesk合作以提高互操作性。

  同樣，蘋果公司也設(shè)想通過AR/VR與3D打印相結(jié)合可以優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。利用CB Insights數(shù)據(jù)庫，我們獲得了一項(xiàng)蘋果專利，該專利設(shè)想將“計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息”疊加到現(xiàn)有對(duì)象的真實(shí)世界視圖中，從而允許工業(yè)設(shè)計(jì)師對(duì)現(xiàn)有或未完成的對(duì)象進(jìn)行有效的3D打印“編輯”。

  這項(xiàng)專利設(shè)想通過“半透明的眼鏡”使用AR，但也提到了“配備攝像頭的移動(dòng)設(shè)備”，暗示了存在的潛在3D打印機(jī)會(huì)——在iPhone上使用ARKit?？的螤柎髮W(xué)的一名研究人員最近展示了在3D打印時(shí)使用AR/VR繪制草圖的能力。最終，人機(jī)界面可以實(shí)現(xiàn)無縫連接，3D模型可以實(shí)時(shí)雕刻。未來的研發(fā)團(tuán)隊(duì)將會(huì)繼續(xù)探索AR和VR，并測(cè)試它是如何與3D打印以及傳統(tǒng)原型堆棧相結(jié)合的。

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