央廣網(wǎng)上海5月13日消息（記者唐奇云）發(fā)酵技術(shù)是生物制造的核心手段，在食品、醫(yī)藥、能源以及化工等諸多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，是否掌握發(fā)酵領(lǐng)域的最新技術(shù)，決定著是否能在全球最“高精尖”的生物制造領(lǐng)域占得先機(jī)。而在生物發(fā)酵領(lǐng)域，時(shí)間是一個(gè)很大的影響因素：微生物在各個(gè)生長(zhǎng)階段的差異十分顯著，它們的生長(zhǎng)狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的成敗。為了保證發(fā)酵質(zhì)量，通常需要人類工程師根據(jù)常年積累的經(jīng)驗(yàn)，24小時(shí)不間斷地進(jìn)行手動(dòng)調(diào)控。

近日，上海交通大學(xué)李金金教授團(tuán)隊(duì)打造了“基于遷移學(xué)習(xí)和物理可解釋的小樣本AI工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)”（ManuDrive），并落地轉(zhuǎn)化，使用“AI工程師”將時(shí)間維度引入工業(yè)發(fā)酵過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了AI動(dòng)態(tài)調(diào)控，通過(guò)在復(fù)雜的生物發(fā)酵過(guò)程中能動(dòng)態(tài)調(diào)控參數(shù)，實(shí)時(shí)生成未來(lái)每一個(gè)時(shí)刻的最優(yōu)發(fā)酵方案，進(jìn)而大幅度提升了工業(yè)發(fā)酵產(chǎn)量。

“最大的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，是我們第一次把時(shí)間維度引入到了人工智能，賦能工業(yè)體系。”在5月12日舉行的上海交通大學(xué)新聞發(fā)布會(huì)上，該校集成電路學(xué)院人工智能與微結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室教授李金金向記者介紹道，“中國(guó)已然是制造業(yè)大國(guó)，怎么讓這些制造企業(yè)享有更多的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)、讓他們集體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，希望我們上海交大可以來(lái)做領(lǐng)頭羊，以算法幫助這些企業(yè)集體實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。”

發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)（央廣網(wǎng)記者 唐奇云 攝）

首將“時(shí)間維度”引入AI，催生技術(shù)革命

談及AI時(shí)間維度建模的必要性時(shí)，李金金表示，當(dāng)前AI技術(shù)以及多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景，仍以靜態(tài)建模任務(wù)為主，而生物發(fā)酵等大部分工業(yè)控制不是“靜止”的，其狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)演化，“少了這么一個(gè)時(shí)間維度，AI模型它就沒(méi)有辦法解析跟時(shí)間維度有關(guān)的生產(chǎn)過(guò)程的變化，進(jìn)而模仿人類的操控思維。”

500噸級(jí)發(fā)酵罐生產(chǎn)車間（央廣網(wǎng)發(fā) 受訪者供圖）

記者了解到，今年4月，ManuDrive上線接管和調(diào)控500噸級(jí)抗生素發(fā)酵生產(chǎn)，使發(fā)酵罐的發(fā)酵產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了大幅度的提升，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中的波動(dòng)也得到了極大幅度的降低，工廠的生產(chǎn)穩(wěn)定性和效率都顯著增強(qiáng)。以抗生素發(fā)酵7天的周期為例，在發(fā)酵進(jìn)行到第20小時(shí)的時(shí)候，ManuDrive就能生成從第21小時(shí)、第22小時(shí)、第23小時(shí)，一直到最后的第150小時(shí)的完整發(fā)酵操作方案，精準(zhǔn)“預(yù)測(cè)”整個(gè)發(fā)酵過(guò)程。

這改變了傳統(tǒng)的發(fā)酵調(diào)控模式，不再需要人類工程師手動(dòng)去進(jìn)行每個(gè)小時(shí)的發(fā)酵調(diào)控工作，而是借助人工智能向中控系統(tǒng)發(fā)送操作指令，大大提高了調(diào)控的效率與精準(zhǔn)度；通過(guò)AI調(diào)控所生成的方案更加科學(xué)有效，對(duì)原先以經(jīng)驗(yàn)為主的生物發(fā)酵方案進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。同時(shí)，人工智能的調(diào)控具備持續(xù)迭代的優(yōu)勢(shì)，基于ManuDrive所產(chǎn)生的高質(zhì)量數(shù)據(jù)，AI又能夠持續(xù)進(jìn)行反饋和迭代，使得發(fā)酵產(chǎn)量不斷提升，形成了一個(gè)不斷輸入新數(shù)據(jù)、提升產(chǎn)量，再輸入新數(shù)據(jù)、進(jìn)一步提升產(chǎn)量的良性循環(huán)，進(jìn)一步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。

“隨著AI技術(shù)與生物制造的深度融合發(fā)展，發(fā)酵生產(chǎn)正逐步從以往依賴經(jīng)驗(yàn)的‘試錯(cuò)模式’向依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的‘智能模式’轉(zhuǎn)變。它不僅對(duì)原有的生產(chǎn)流程進(jìn)行了重新塑造，更在生物制造領(lǐng)域催生出了一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的技術(shù)革命，為整個(gè)行業(yè)的未來(lái)發(fā)展開(kāi)辟了更為廣闊的前景。”李金金說(shuō)道。

低成本“AI大腦”，顯著降低企業(yè)智能化改造成本

發(fā)酵技術(shù)堪稱生物制造的核心，事關(guān)食品、醫(yī)藥、能源、化工等多領(lǐng)域。據(jù)李金金介紹，中國(guó)生物發(fā)酵產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)居全球首位，年產(chǎn)量超7000萬(wàn)噸。抗生素、氨基酸、維生素等核心產(chǎn)品占全球總量70%左右。

Manudrive界面示意（央廣網(wǎng)發(fā) 受訪者供圖）

以生物發(fā)酵行業(yè)為例，ManuDrive能精準(zhǔn)捕捉微生物生長(zhǎng)與環(huán)境變量間的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，構(gòu)建起科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)念A(yù)測(cè)模型，訓(xùn)練效率提升了數(shù)十倍，大大縮短了從模型開(kāi)發(fā)到實(shí)際應(yīng)用的周期。操作人員不僅能直觀理解模型決策依據(jù)，還能基于因果邏輯對(duì)生產(chǎn)策略進(jìn)行靈活調(diào)整，提升生產(chǎn)決策的科學(xué)性與可靠性。

這一特性在生物發(fā)酵等高風(fēng)險(xiǎn)、高成本領(lǐng)域尤為關(guān)鍵——既降低了因盲目試錯(cuò)帶來(lái)的資源損耗，又為生產(chǎn)流程優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐。

與此同時(shí)，不同于主流AI大模型需依賴數(shù)千乃至上萬(wàn)塊GPU卡才能運(yùn)行的高耗能模式，ManuDrive堪稱為“一個(gè)低成本的AI工業(yè)大腦”。“我們僅需十幾張GPU卡，配合傳統(tǒng)AI模型中5%的數(shù)據(jù)量，就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、精準(zhǔn)的推理預(yù)測(cè)。”李金金表示，這一突破不僅大幅削減企業(yè)在算力資源上的資金投入，更顯著為其降低了智能化改造成本。

“關(guān)于應(yīng)用場(chǎng)景的可復(fù)制性，我們不僅可以快速地把生物發(fā)酵復(fù)制到其他發(fā)酵產(chǎn)業(yè)。也可以把它泛化到其他跟時(shí)間維度相關(guān)的領(lǐng)域中去。”李金金例舉道，“比如在食品工業(yè)領(lǐng)域，可提高產(chǎn)量、降低成本，保障食品品質(zhì)與供應(yīng)；在大量傳統(tǒng)制造業(yè)領(lǐng)域，可提升精度減少浪費(fèi)；環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，可優(yōu)化生物處理?xiàng)l件，推動(dòng)達(dá)成‘雙碳’目標(biāo)。”

Manudrive界面示意（央廣網(wǎng)發(fā) 受訪者供圖）

此外值得一提的是，ManuDrive已成功為一新疆生物企業(yè)賦予強(qiáng)大科技動(dòng)能。通過(guò)這一先進(jìn)算法的應(yīng)用，該企業(yè)在生產(chǎn)、配方等多方面實(shí)現(xiàn)了顯著提升，收獲了巨大的經(jīng)濟(jì)利益，成為了滬疆合作中的典型代表案例，更是彰顯出上海科技賦能新疆產(chǎn)業(yè)所取得的重要成果。據(jù)了解，上海市科委對(duì)這一成功實(shí)踐大力支持，并積極推薦在全國(guó)范圍內(nèi)，充分利用人工智能技術(shù)去為更多的制造業(yè)企業(yè)注入發(fā)展活力，助力企業(yè)打破發(fā)展瓶頸，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，進(jìn)而推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)整體邁向更高質(zhì)量的發(fā)展階段。